Los fanáticos de la película de ciencia ficción de James Cameron, Avatar, habrán soñado con las exuberantes selvas repletas de plantas resplandecientes en Pandora. Este follaje luminiscente ya no es materia de ciencia ficción, ya que los científicos han encontrado una forma de cultivar plantas bioluminiscentes, que brillan en la oscuridad e irradian un misterioso halo verde. Se ven como el follaje de un juego de computadora retro, pero en realidad son plantas emisoras de luz producidas en un laboratorio.
La bioluminiscencia ocurre cuando las enzimas actúan sobre sustancias químicas conocidas como luciferinas dentro del organismo, lo que resulta en la liberación de energía en forma de luz. ¡Una conversión de energía química en energía lumínica! La bioluminiscencia lleva luz a las profundidades del océano, convierte las playas en maravillas nocturnas y permite que las luciérnagas iluminen nuestras noches, pero nunca hemos visto que las plantas tengan el arte de producir luz por sí mismas.
Las plantas brillantes no son nada nuevo, ya que los científicos lo habían logrado previamente mediante el uso de genes bioluminiscentes que se encuentran en las bacterias. Pero, los genes bioluminiscentes bacterianos resultaron tóxicos cuando se introdujeron en las plantas. Incluso, cuando comenzó la “moda de los transgénicos”, la transferencia de genes bioluminiscentes de luciérnaga a las plantas fue una demostración temprana de estas tecnologías.
Precursor luminiscente
Ahora, gracias a un avance en el que los científicos aprovecharon los “poderes” bioluminiscentes de los hongos, se informó en la revista científica Nature Biotechnology que las plantas de tabaco modificadas con cuatro genes de un hongo bioluminiscente mostraron que crecían un 12% más y diez veces más brillantes que sus precursores alimentados por bacterias. En este estudio, dirigido por Karen Sarkisyan e Ilia Yampolsky de la Academia de Ciencias de Rusia, eligieron el tabaco porque su genética está bien estudiada (no por el deseo de hacer cigarrillos que brillan en la oscuridad) y crecen rápidamente.
Las plantas y hongos no están estrechamente relacionados, pero los investigadores aprovecharon un proceso metabólico compatible con ambos. La clave del proceso es una molécula orgánica llamada ácido cafeico, que se encuentra en todas las plantas. Dos enzimas convierten el ácido cafeico en un precursor luminiscente, que luego fue tratado con una tercera enzima, produciendo una molécula oxidada (luciferina) capaz de emitir fotones. Es decir, luz.
Increíblemente, las plantas produjeron alrededor de 10 mil millones de fotones por minuto a longitudes de onda que alcanzaron su punto máximo en el rango verde del espectro de luz visible (entre 500 y 550 nanómetros). Lo que quiere decir que brillan con un tono verdoso a simple vista. Esto dio como resultado plantas bioluminiscentes autosustentables, que producían su propio brillo sin la introducción de componentes extraños. Brillaban continuamente a lo largo de sus ciclos de vida y la modificación no parecía dañar su desarrollo. El brillo se podía ver a simple vista, apareciendo en hojas, tallos y flores. Curiosamente, las plantas jóvenes brillaban más que las viejas y las flores resultaron ser la parte más luminosa. A veces, los resplandores variaban en patrones, insinuando procesos internos desconocidos, según el informe del equipo.
Dimensiones bioluminiscentes para estudios profundos
Los investigadores ahora dicen que la vegetación resplandeciente no solo podría agregar una dimensión inusual a la decoración del hogar, sino también abrir una nueva forma para que los científicos exploren el funcionamiento interno de las plantas. En el futuro, esta tecnología se podría utilizar para visualizar actividades de diferentes hormonas dentro de las plantas durante su vida útil en diferentes tejidos, de forma absolutamente no invasiva. También se usaría para monitorear las respuestas de las plantas a diversas tensiones y cambios en el medio ambiente, como la sequía o las heridas causadas por herbívoros.
La investigación se ha convertido en una nueva compañía llamada Light Bio con el objetivo de vender plantas con fines ornamentales. El proyecto fue financiado por Planta LLC, un emprendimiento de biotecnología con sede en Moscú, por lo que las implicaciones comerciales fueron muy importantes desde el primer momento. Otros contribuyentes financieros incluyeron la Russian Science Foundation y la Skolkovo Foundation.
Aunque el estudio se realizó en plantas de tabaco, especies como la petunia y la rosa podrían modificarse de la misma manera, según los investigadores. Adicionalmente, el artículo señala que los animales no tienen ácido cafeico, pero con enzimas adicionales podrían hacerlo. ¿Mascotas brillantes? Este puede ser el inicio de las ambiciones de la empresa. Las ventas a un público que desean hacer que sus casas se vean como los bosques de Avatar, pueden representar el motor comercial de la idea, pero también hay beneficios científicos.
Mirando hacia el futuro, nos gustaría hacer que las plantas sean aún más brillantes y posiblemente incluso capaces de responder a las personas y sus alrededores. En palabras de los autores: “Realmente esperamos llevar esto al mercado dentro de unos años, una vez que las hagamos un poco más brillantes, y por supuesto, pasen todas las normas de seguridad”.
Tendemos a pasar por alto a las plantas, tendemos a no apreciar cuán complejas o vivas son. Envían muchas señales diferentes, se integran y toman muchas decisiones de desarrollo y realmente no las apreciamos. El desafío ahora a mi parecer es descubrir cómo hacer que esta bioluminiscencia responda a estímulos ambientales, químicos o patógenos específicos. Literalmente, eso podrá arrojar nueva luz sobre procesos biológicos fundamentales.
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