Un grupo de investigación del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV), ha desarrollado un innovador método para la biofortificación de hojas y otros tejidos verdes de plantas incrementando su contenido en sustancias saludables como el beta-caroteno, principal precursor de la vitamina A en la dieta humana.

El trabajo demuestra que, mediante técnicas biotecnológicas y tratamientos con alta intensidad de luz, se puede multiplicar hasta 30 veces los niveles de beta-caroteno en hojas creando nuevos lugares para almacenarlo, sin que esto afecte a procesos vitales como la fotosíntesis. 

Biofortificación de cultivos

La deficiencia de micronutrientes, también conocida como hambre oculta, sigue siendo un problema importante en muchos paises. En particular, la deficiencia de vitamina A causa xeroftalmia y puede conducir a otros problemas de salud e incluso a la muerte, afectando a niños de poblaciones desnutridas en todo el mundo.

Aunque la incorporación de micronutrientes como la vitamina A o sus precursores, los carotenoides, en suplementos dietéticos o ingredientes alimentarios ofrece una solución potencial, la realidad es que estas intervenciones suelen ser económicamente inaccesibles para las poblaciones más vulnerables. Por tanto, se plantea un enfoque alternativo: el desarrollo de variedades de cultivos biofortificados que naturalmente posean mayores cantidades de estos nutrientes esenciales.

Entre las estrategias de biofortificación, la biotecnología tiene el mayor potencial para un enriquecimiento rápido y enfocado de los tejidos vegetales deseados. En el caso de la Vitamina A el foco estaría en aumentar los carotenoides y en particular el Beta-Caroteno.

El potencial Beta-Caroteno

El beta-caroteno es uno de los principales carotenoides, pigmentos que se encuentran de forma natural en plantas y otros organismos fotosintéticos y que son beneficiosos para la salud, con propiedades antioxidantes, inmunoestimulantes y promotoras de las capacidades cognitivas.

En concreto, el beta-caroteno es el principal precursor de los retinoides, compuestos químicos con importantes funciones en el organismo (visión, proliferación y diferenciación celular, sistema inmune…), incluyendo la vitamina A.

Por esta razón, resulta crucial desarrollar métodos que permitan incrementar el contenido de beta-caroteno en las plantas de cultivo. Al enriquecer los vegetales con este valioso pigmento, podemos maximizar sus beneficios intrínsecos y, a su vez, contribuir significativamente a combatir las deficiencias nutricionales a nivel mundial.

Con este objetivo, y utilizando plantas de tabaco (Nicotiana benthamiana) como modelo de laboratorio y de lechuga (Lactuca sativa) como modelo de cultivo, el equipo dirigido por Manuel Rodríguez Concepción, profesor de investigación del CSIC en el IBMCP, ha conseguido aumentar el contenido de beta-caroteno en las hojas sin afectar negativamente otros procesos vitales como la fotosíntesis.

Así, el equipo exploró varias estrategias para biofortificar las hojas de las plantas con Beta-caroteno. En concreto, probaron diferentes enfoques metabólicos, genéticos y químicos (tratamiento hormonal) para mejorar la acumulación de βcaroteno plastidial en los plastidos y descubrieron que promover la proliferación de Plastoglobulos con tratamientos de luz intensa mejoró tanto la acumulación de β-caroteno como la bioaccesibilidad a niveles sin precedentes.

“Las hojas necesitan carotenoides como el betacaroteno en los complejos fotosintéticos de los cloroplastos para su correcto funcionamiento. Cuando se produce demasiado o muy poco betacaroteno en los cloroplastos, dejan de funcionar y las hojas eventualmente mueren. Nuestro trabajo ha producido y acumulado con éxito el betacaroteno en compartimentos celulares donde normalmente no se encuentra al combinar técnicas biotecnológicas y tratamientos con alta intensidad de luz”, explica el investigador del CSIC. 

Mayor acumulación y bioaccesibilidad

Los resultados de la investigación, publicados recientemente en la revista científica Plant Journal, demuestran que es posible multiplicar los niveles de beta-caroteno en las hojas creando nuevos lugares para almacenarlo fuera de los complejos fotosintéticos.

Por una parte, han conseguido almacenar elevados niveles de beta-caroteno en los plastoglóbulos, vesículas de almacenamiento de grasas presentes de forma natural dentro de los cloroplastos. Estas vesículas no participan en la fotosíntesis y no acumulan carotenoides normalmente.

“Estimulando la formación y el desarrollo de plastoglóbulos con técnicas moleculares y tratamientos de luz intensa se consigue no solo aumentar la acumulación de beta-caroteno, sino también su bioaccesibilidad, es decir, la facilidad con la que puede ser extraído de la matriz alimentaria para ser absorbido por nuestro sistema digestivo”, asegura Luca Morelli, primer firmante del trabajo.

Por otro lado, el estudio demuestra que la síntesis de beta-caroteno en plastoglóbulos se puede combinar con su producción fuera de los cloroplastos mediante abordajes biotecnológicos. En ese caso, comenta Pablo Pérez Colao, coautor del trabajo, “el beta-caroteno se acumula en vesículas similares a los plastoglóbulos pero localizadas en el citosol, la sustancia acuosa que rodea a los orgánulos y al núcleo de las células”.

La combinación de ambas estrategias consiguió un aumento de hasta 30 veces en los niveles de beta-caroteno accesible en comparación con hojas no tratadas. La acumulación masiva de beta-caroteno aportó además una característica coloración dorada a las hojas de lechuga.

En opinión de los investigadores, el descubrimiento de que el beta-caroteno puede producirse y almacenarse a niveles muy elevados y de forma más bioaccesible fuera de los lugares donde normalmente se encuentra en las hojas “representa un avance muy significativo para mejorar la nutrición a través de la biofortificación de verduras y hortalizas como lechugas, acelgas o espinacas sin renunciar a su característico aroma y sabor”.

Fuente de imagen: FreepikPuede acceder al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16964

Imagen de portada: Freepi. Imagen de recurso no procedente de la invesitigación