La fascinación popular por una frondosidad bioluminiscente, alimentada por imágenes de mundos imaginarios mostradas en películas como Avatar, puede estár más cerca de ser una realidad gracias a los avances en la genética de diseño. Recientemente, un grupo de científicos han anunciado la viabilidad de crear plantas que produzcan su propia luminiscencia.
Publicado en la revista científica Nature Biotechnology, el equipo de investigación descubrió como la bioluminiscencia que se encuentran en algunos hongos es metabólicamente similar a los procesos naturales comunes entre las plantas. Al insertar el ADN obtenido del hongo, los científicos pudieron crear plantas que brillan. A diferencia de otras formas de bioluminiscencia comúnmente utilizadas, como la de las luciérnagas, no se necesitan reactivos químicos únicos para mantener la bioluminiscencia del hongo. Las plantas que contienen el ADN del hongo brillan continuamente durante todo su ciclo de vida, desde la plántula hasta la madurez.
Este nuevo descubrimiento podría ser utilizado con fines prácticos y estéticos, sobre todo para crear flores que brillen, así como otras plantas ornamentales bioluminiscentes. Si bien la posibilidad de que se pueda sustituir el alumbrado de las calles por árboles bioluminiscentes está muy alejado de la realidad, se podrían utilizar las plantas para la generación de nuevos e innovadores diseños de iluminación en parques y calles.
Plantas con autoluminiscencia codificada genéticamente
El informe publicado en Nature Biotechnology, fue escrito por 27 científicos, liderados por los doctores Karen Sarkisyan e Ilia Yampolsky. La investigación se llevó a cabo principalmente a través de una colaboración entre Planta, una empresa de biotecnología de Moscú, el Instituto de Química Bioorgánica de la Academia Rusa de Ciencias, el Instituto de Ciencias Médicas de Londres MRC y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria. El apoyo financiero fue proporcionado por Planta, la Fundación Skolkovo y la Fundación Rusa para la Ciencia.
Según los autores, las plantas pueden producir más de mil millones de fotones por minuto. El Dr. Keith Wood, CEO de Light Bio, afirma que «hace treinta años, ayudé a crear la primera planta luminiscente usando un gen de luciérnagas. Estas nuevas plantas pueden producir un resplandor mucho más brillante y constante, que está plenamente incorporado en su código genético». Light Bio es una nueva empresa que planea comercializar esta novedosa tecnología en plantas de interior ornamentales en asociación con Planta.
Sin embargo, el diseño de nuevas características biológicas es más complejo que el mero traslado de partes genéticas de un organismo a otro. Como los engranajes de un reloj, las partes recién añadidas deben integrarse metabólicamente en el huésped. Para la mayoría de los organismos, las partes necesarias para la bioluminiscencia no son del todo conocidas. Hasta hace poco, una lista completa de estas partes sólo era conocida para la bioluminiscencia bacteriana. Pero los intentos de crear plantas que brillan con ese enfoque no han ido bien, ya que estas partes bacterianas no suelen funcionar correctamente en organismos más complejos.
Hace poco más de un año, el equipo de investigación descubrió las partes que sostienen la bioluminiscencia en los hongos. Por primera vez, la luz viva de un organismo multicelular avanzado estaba completamente definida. En la reciente publicación, los autores revelan cómo la bioluminiscencia de los hongos funciona particularmente bien en las plantas. Esto les permitió hacer plantas que se iluminan y que son al menos diez veces más brillantes. Usando cámaras ordinarias y teléfonos inteligentes, se registró la iluminación verde proveniente de las hojas, tallos, raíces y flores. Además, la producción sostenida de luz se logró sin dañar la salud de las plantas.
Aunque los hongos no están estrechamente relacionados con las plantas, su emisión de luz se centra en una molécula orgánica que también se necesita en las plantas para hacer paredes celulares. Esta molécula, llamada ácido cafeico, produce luz a través de un ciclo metabólico que involucra cuatro enzimas. Dos enzimas convierten el ácido cafeico en un precursor luminiscente, que luego es oxidado por una tercera enzima para producir un fotón. La última enzima convierte la molécula oxidada de nuevo en ácido cafeico para iniciar el ciclo de nuevo.
En las plantas, el ácido cafeico es un componente básico de la lignina, que ayuda a dar fuerza mecánica a las paredes celulares. Por lo tanto, forma parte de la biomasa de lignocelulosa de las plantas, que es el recurso renovable más abundante de la Tierra. Como componente clave del metabolismo de las plantas, el ácido cafeico también es parte integral de muchos otros compuestos esenciales que participan en los colores, las fragancias, los antioxidantes, etc. A pesar de que sus nombres suenan similares, el ácido cafeico no está relacionado con la cafeína.
Al conectar la producción de luz a esta molécula fundamental, el brillo emitido por las plantas proporciona un indicador metabólico interno. Puede revelar el estado fisiológico de las plantas y sus respuestas al medio ambiente. Por ejemplo, el resplandor aumenta drásticamente cuando se coloca cerca una piel de plátano madura (que emite etileno). Las partes más jóvenes de las plantas tienden a brillar más y las flores son particularmente luminosas. Los patrones de parpadeo u ondas de luz son a menudo visibles, revelando comportamientos activos dentro de las plantas que normalmente estarían ocultos.
En esta investigación, los autores se basaron en las plantas de tabaco por su genética simple y su rápido crecimiento. Pero los beneficios de la bioluminiscencia de los hongos son ampliamente adecuados para todo tipo de plantas. Las investigaciones realizadas en Planta, y por Arjun Khakhar y sus colegas, han demostrado la viabilidad de otras plantas resplandecientes, como la bígaro, la petunia y la rosa. Se pueden esperar plantas aún más brillantes con un mayor desarrollo. Además, también se pueden desarrollar nuevas características, como el cambio de brillo o de color en respuesta a las personas y el entorno.
Créditos de imágenes: Planta
