Plantas contra (zombies) bacterias ¿Quién ganará?

Susana Mendaza Ruiz y Mario Santafé Méndez, alumnos de Biotecnología vegetal, tercer curso de Grado en Biotecnología en Universidad Pública de Navarra. Profesor: Dr. Dr. Jorge Poveda Arias

Plantas contra (zombies) bacterias ¿Quién ganará?

¡Vaya! Otra vez la nevera vacía… y esta semana te tocaba a ti hacer las compras. Te diriges a la frutería y para tu sorpresa: to-do va-cí-o. Imagínate tu cara. ¿Sabes por qué puede darse este desabastecimiento? Pues te sorprenderá saber que no sólo los animales se ponen enfermos, sino que las plantas también. Se estima que el 30% de las cosechas mundiales se pierden por enfermedades, siendo las bacterias unas de las principales causantes. En nuestro caso nos tomamos un antibiótico y al cabo de una semana ya estamos como una rosa. Pero… ¿Cómo afectan estas bacterias a las plantas? ¿Son capaces las plantas de resistir a las bacterias?

Una solución común es el uso de agroquímicos, pero se quedan un poco a medio camino, ya que pueden producir efectos dañinos en el medio ambiente. ¿Cuál parece que va a ser la solución verdadera a la bronca de tus compañeros de piso? ¿Has oído hablar de algo llamado ingeniería genética o plantas transgénicas?

Que si los alimentos transgénicos causan problemas de salud, que si son tóxicos para el medioambiente, que si modifican tu ADN…, seguro que habéis escuchado varias de estas afirmaciones, bueno, pues todas son falsas.

¿No te gustaría ser resistente a algunas enfermedades bacterianas como la neumonía o las anginas? ¡Pues a las plantas también! Mediante la ingeniería genética se pueden modificar estas plantas para que las bacterias no les infecten. Generar una planta transgénica es tan sencillo cómo introducir genes concretos a las células vegetales, los cuales les ofrecen ciertas ventajas. ¿Todos hemos oído hablar del juego plantas contra zombies verdad?, de hecho, seguro que has jugado alguna vez. En este juego, las plantas de los primeros niveles son bastante débiles y los zombies se las cargan con mucha facilidad, pero, cuando te toca una planta mejorada en niveles más avanzados son muy resistentes a los zombies. Pues es el mismo concepto, el objetivo es generar unas súper-plantas que sean capaces de sobrevivir a las bacterias. Vamos a ver varias estrategias que les permiten a las plantas defenderse eficazmente de las bacterias.

IMAGEN 1

Las proteínas antibacterianas son fundamentales en los sistemas de defensa animales. El desarrollo de plantas transgénicas que sinteticen estas proteínas aportaría resistencia frente a múltiples enfermedades y evitaría la pérdida de millones de cultivos.

Particularmente en insectos, unos péptidos (pequeñas proteínas) denominados como líticos, forman poros en las membranas bacterianas, matándola, como una piscina que pinchas dejando salir toda el agua. Un ejemplo conocido de proteína antibacteriana es la lisozima, presente en nuestras lágrimas como mecanismo de defensa, que rompe las paredes de las bacterias. Otro ejemplo es la lactoferrina, encontrada también en múltiples secreciones de mamíferos, que atrapa el hierro empleado en el crecimiento bacteriano. Es de vital importancia el origen de las proteínas empleadas. Son menos efectivas las proteínas vegetales puesto que no les resultan tan extrañas a las bacterias patógenas de las plantas. Al enfrentarse a ellas cada vez que las infectan, es más probable que las bacterias hayan desarrollado mecanismos de resistencia contra estas. Al fin y al cabo, podría decirse que son su pan de cada día, por lo que conviene sorprender y usar proteínas no-vegetales. El principal problema que presenta este sistema es que, por mutaciones al azar que pueda sufrir la bacteria, se dé la vuelta a la tortilla y sea la bacteria ahora la resistente a la proteína. Estas bacterias resistentes seguirían creciendo y multiplicándose, causando daños continuos a la planta que perdería la capacidad de defensa que le habíamos aportado.

Otro mecanismo es hacer que las plantas produzcan moléculas que inhiban la capacidad de las bacterias de producir enfermedades, quitarles sus armas. Consistiría en interceptar las toxinas que producen y que matan a las plantas. Las propias bacterias pueden morir a causa de las altas concentraciones de toxinas que ellas mismas generan, de forma que, para resistir las altas concentraciones, las bacterias producen una serie de antitoxinas. La incorporación de éstas en las plantas lleva a que puedan resistir las enfermedades. El mejor ataque es una buena defensa, y más si te infiltras en las líneas del enemigo. Otro caso es el uso de un tipo de proteínas particulares, los anticuerpos, que se consiguen unir a moléculas de manera muy específica. Esta unión lleva al bloqueo de las toxinas impidiendo, de igual manera, el desarrollo de la enfermedad. Es la misma razón por la que nos vacunamos contra el COVID-19, generamos anticuerpos que bloquean al coronavirus.

Otro enfoque se basa en mejorar las defensas naturales que ya existen por sí mismas en las plantas, porque, ¿para qué enfocarnos en generar otras resistencias si podemos fortalecer las que ya existen? Cuando la planta es atacada por una bacteria debe sintetizar unos compuestos denominados especies reactivas de oxígeno (ROS) y peróxido de hidrógeno, que se encargan de inducir genes de defensa en otros tejidos vecinos, es decir, hacen que los tejidos de la planta que no han sido infectados aún se pongan en alerta y se preparen para que, de forma eficaz, hagan frente a las toxinas de las bacterias. Por lo tanto, se podrían generar plantas transgénicas con un mayor contenido de estos compuestos.

¿Habéis oído hablar de la muerte celular programada o apoptosis? Se trata de un mecanismo celular que al reconocer como extraño ciertas sustancias, tales como proteínas, activan la muerte de esa célula. Teniendo esto en cuenta es posible generar una planta transgénica introduciendo un gen que pueda “programar” la muerte celular en el sitio exacto de la infección, como si de una bomba se tratase. Esto se conoce como reacción de hipersensibilidad y el principal problema que tiene son los efectos nocivos que se generan. Por eso es muy importante restringir la muerte de la célula exclusivamente en el sitio de la infección para no dañar otros tejidos de la planta.

IMAGEN 2

Hemos visto varias maneras de crear resistencia bacteriana en plantas a través de la ingeniería genética, pero, lamentablemente, la realidad es que su desarrollo se limita a unos pocos modelos de plantas y bacterias. Aún queda mucho por investigar, pero por el momento parece que los zombies pueden con las plantas, pero que no se relajen, porque éstas en pocos años pueden volverse mucho más fuertes. Y tú, ¿quién crees que gana en esta partida, las plantas o los zombies?

Bibliografía

Mourgues, F. (1998, 1 diciembre). Strategies to improve plant resistance to bacterial diseases through genetic engineering. ScienceDirect. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779998011895

Baixauli, H. (2007, 13 octubre). Péptidos antimicrobianos y plantas transgénicas resistentes a enfermedades. PHYTOHEMEROTECA. https://www.phytoma.com/la-revista/phytohemeroteca/192-octubre-2007/peptidos-antimicrobianos-y-plantas-transgenicas-resistentes-a-enfermedades

Martínez-Pacheco, J. (2016, 13 enero). PROTEÍNAS R Y PERCEPCIÓN DE EFECTORES PATOGÉNICOS EN LA FAMILIA Solanaceae. scielo. http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1010-27522017000100001

Panopoulos, N. J. (1996, 1 mayo). Transgenic crop resistance to bacteria. ScienceDirect. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0378429095000984

van Van Esse, H. P. (2019, 19 mayo). Modificación genética para mejorar la resistencia a enfermedades en los cultivos. New Phytologist. https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.15967

Compartir en: Twittericono twitter Facebookicono facebook Pinteresticono pinterest

También te puede interesar