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Imprimir esta páginaEnviar este artículo por E-mail, a un AmigoModificando genéticamente las plantas para un futuro sostenible
09/oct/2018

Un equipo de científicos de Australia, Estados Unidos y Japón han descubierto los interruptores genéticos maestros para mejorar la producción de biomasa de una planta, lo cual genera el potencial para producir nuevos biomateriales y bioplásticos sustentables.

En la búsqueda de materiales sostenibles, las estructuras cotidianas de las plantas podrían ayudar a reemplazar los materiales contaminantes y los plásticos por otros que son menos perjudiciales para nuestro medio ambiente.

Las plantas producen paredes celulares a diario y estas paredes soportan muchos aspectos esenciales de la vida.

Un nuevo descubrimiento, publicado en Nature Plants, muestra cómo se podrían manipular las paredes de las plantas en el futuro para cambiar la forma en que producimos biocombustibles, bioplásticos y otros biomateriales.

Los bloques de construcción de la vida.

Cada célula vegetal se rodea de una pared estructural, también conocida como pared celular. Las células que componen esta pared son los bloques de construcción para alimentos, combustibles y materiales. El grupo de científicos invirtió mucho tiempo en comprenderlos, con el objetivo de poder manipular sus contenidos y estructura.

En particular, la comprensión de cómo controlar la producción de paredes primarias flexibles, que apoyan el crecimiento celular, ha sido un objetivo importante para los biólogos.

Los polímeros a base de azúcar en estas paredes podrían usarse para una variedad de aplicaciones, como convertirlas en biocombustibles, proporcionar nuevos tipos de nanomateriales verdes o desarrollar bioplásticos.

Sin embargo, gran parte del material vegetal comprende paredes secundarias, que están asociadas con la madera. Estas estructuras tienen características diferentes a las de las paredes primarias y son mucho más difíciles de separar.

Si pudiéramos sustituir una pared por otra, o incluso combinar las características de los dos tipos de pared, sería mucho más fácil extraer los azúcares.

Sin embargo, esto es más fácil decirlo que hacerlo, ya que un arsenal de actividades de proteínas contribuye a las estructuras de dos paredes. Una forma potencial de solucionar este problema es encontrar una manera de “activar” los genes que controlan el programa completo de uno u otro tipo de pared.

Imagen izquierda: Planta típica de arabidopsis que contiene una pared primaria delgada y flexible (color verde) y una pared secundaria (color naranja) gruesa y resistente en su tejido de tallo leñoso. | Imagen central: planta de Arabidopsis que se ha modificado para que no produzca paredes secundarias en sus células de fibra leñosa; esto ha reducido la fuerza del vástago. | Imagen derecha: Planta de Arabidopsis del panel central que ahora tiene un interruptor maestro para la producción de paredes primarias gruesas en sus celdas de fibra leñosa. Esta planta ahora produce una pared primaria en lugar de una pared secundaria. Crédito: AIST y el profesor Nobutaka Mitsuda

Interruptores maestros

En el nuevo se identificaron ‘interruptores maestros’ que pueden activar la producción de muros primarios. Sorprendentemente, estos interruptores pueden hacer que las células produzcan muros primarios gruesos que incluso se pueden usar para reemplazar muros secundarios.

La capacidad de combinar la facilidad de separar los polímeros de azúcar de la pared primaria, con la capacidad de las paredes secundarias para crecer de manera gruesa, significa que potencialmente podemos cambiar completamente el contenido de la biomasa de las plantas, desde algo que es fuerte y difícil de separar, en algo más plástico y fácil de disolver.

Identificamos estos interruptores maestros expresando una gran selección de algo llamado factores de transcripción, que son proteínas que pueden activar la actividad/expresión de otros genes, en las células de fibra leñosa de las plantas.

El punto crucial aquí fue utilizar plantas que no son capaces de producir paredes secundarias leñosas como nuestro material de partida (en la imagen superior). Para hacer esto, utilizamos plantas del laboratorio Mitsuda en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada de Japón que se modificaron para que ya no pudieran construir estas sólidas paredes secundarias (los genes de estas paredes habían sido “eliminados”) .

Al impulsar la actividad de los factores de transcripción solo en las células de fibra leñosa, podríamos detectar aquellas plantas que restauraron una estructura de pared gruesa alrededor de las células. Evaluamos químicamente esas plantas y encontramos algunas que producían paredes gruesas pero con características primarias similares a las paredes.

De hecho, estas paredes eran más similares a las paredes primarias gruesas. Si bien son menos fuertes que las típicas células de fibra encapsuladas en la pared secundaria, la cantidad de azúcares liberados de ellas aumentó sustancialmente.

Al combinar la actividad de estos interruptores maestros genéticos con diferentes factores de transcripción de la pared secundaria, podremos adaptar y diseñar la biomasa de las plantas en el futuro, lo que llevará a plantas que pueden liberar fácilmente sus azúcares para la producción de combustible verde o para nuevos tipos de materiales.

Estos materiales podrían, por ejemplo, usarse en los sectores electrónico y médico, y quizás para componentes de computadora como los nanomateriales verdes. Incluso pueden tener el potencial de convertirse en una alternativa a los plásticos en algunos entornos.

Las plantas pueden ayudarnos a fabricar un futuro más verde y sustentable, y gracias a los avances en genómica estamos empezando a entenderlos mejor que nunca. Nuestros descubrimientos ayudarán a diseñar plantas para producir nuevos tipos de paredes celulares, proporcionando un futuro emocionante en materiales sostenibles.

• Noticia: https://pursuit.unimelb.edu.au/articles/engineering-plants-for-a-sustainable-future

• Estudio: https://www.nature.com/articles/s41477-018-0260-4

• https://www.chilebio.cl/

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