Con la biología sintética convierten las plantas en fábricas de productos naturales
La biología sintética aplica principios de ingeniería al ADN. Al crear módulos genéticos con las instrucciones para construir nuevas moléculas, las plantas se pueden convertir en una fábrica que solo necesita luz solar y agua.
Científicos del Instituto Earlham en Norwich, el Reino Unido, afirman que han sido capaces de convertir las plantas de tabaco en fábricas de feromonas sexuales de polillas. Además, han demostrado cómo se puede gestionar la producción de estas moléculas para no obstaculizar el crecimiento normal de las plantas.
Los agricultores pueden colgar dispersores de feromonas entre sus cultivos para imitar las señales de los insectos hembra. Atrapando o distrayendo a los machos para que no encuentren pareja. Algunas de estas moléculas se pueden producir mediante procesos químicos, pero la síntesis química suele ser costosa y genera subproductos tóxicos.
Nicola Patron, PhD, coordinó esta investigación y actualmente dirige el grupo de biología sintética en Earlham. Cree que el trabajo del equipo allanará el camino para el uso rutinario de plantas para producir una amplia gama de productos naturales valiosos.
Las feromonas son sustancias químicas complejas producidas y liberadas por un organismo como medio de comunicación. Permiten que los miembros de la misma especie envíen señales, lo que incluye hacer saber a los demás que están buscando el amor.
La biología sintética aplica principios de ingeniería a los componentes básicos de la vida, el ADN. Al crear módulos genéticos con las instrucciones para construir nuevas moléculas, Patron y su equipo pueden convertir una planta como el tabaco en una fábrica que solo necesita luz solar y agua.
“La biología sintética puede permitirnos diseñar plantas para hacer mucho más de algo que ya produjeron. O podemos proporcionar las instrucciones genéticas que les permitan construir nuevas moléculas biológicas. Como medicamentos o estas feromonas”, señala Patron.
Plantas de tabaco el principio de un amplio estudio
En este último trabajo, el equipo trabajó con científicos del Instituto de Biología Celular y Molecular de Plantas en Valencia. Con el propósito de diseñar una especie de tabaco, Nicotiana benthamiana, para producir feromonas sexuales de polilla.
La misma planta ha sido diseñada previamente para producir anticuerpos contra el ébola e incluso partículas similares a las del coronavirus para su uso en vacunas contra la covid.
El grupo construyó nuevas secuencias de ADN en el laboratorio para imitar los genes de las polillas. E introdujo algunos interruptores moleculares para regular con precisión su expresión, lo que activa y desactiva de manera efectiva el proceso de fabricación.
Un componente importante de la nueva investigación fue la capacidad de ajustar la producción de feromonas, ya que obligar a las plantas a construir continuamente estas moléculas tiene sus inconvenientes.
“A medida que aumentamos la eficiencia, se desvía demasiada energía del crecimiento y desarrollo normales”, advierte Patron.
Asimismo, dice, “las plantas están produciendo muchas feromonas.Pero no pueden crecer mucho, lo que esencialmente reduce la capacidad de nuestra línea de producción. Nuestra nueva investigación proporciona una forma de regular la expresión génica con mucha más sutileza”.
En el laboratorio, los científicos se dedicaron a probar y refinar el control de los genes responsables de producir la mezcla de moléculas específicas que imitan las feromonas sexuales de las especies de polillas. Incluidas las polillas del gusano de la naranja y del algodón.
Las feromonas de polilla
Demostraron que el sulfato de cobre podría usarse para ajustar con precisión la actividad de los genes. Permitiéndoles controlar tanto el momento como el nivel de expresión génica.
Esto es particularmente importante, indica el estudio, ya que el sulfato de cobre es un compuesto económico. Y fácilmente disponible que ya ha sido aprobado para su uso en la agricultura.
Incluso pudieron controlar cuidadosamente la producción de diferentes componentes de feromonas. Esto les permitió modificar el cóctel para adaptarse mejor a especies específicas de polillas.
“Hemos demostrado que podemos controlar los niveles de expresión de cada gen en relación con los demás”, sostiene Patron. “Esto nos permite controlar la proporción de productos que se fabrican.
“Hacer la receta correcta es particularmente importante para las feromonas de polilla. A menudo son una mezcla de dos o tres moléculas en proporciones específicas. Nuestros colaboradores en España están extrayendo las feromonas hechas de plantas. Y probándolas en dispensadores para ver qué tan bien se comparan con las polillas hembra”, precisa el jefe de la investigación.
El equipo espera que su trabajo allane el camino para el uso rutinario de plantas para producir una amplia gama de valiosos productos naturales.
“Una gran ventaja de usar plantas es que puede ser mucho más costoso construir moléculas complejas usando procesos químicos”, agrega. “Las plantas ya producen una variedad de moléculas útiles, por lo que podemos utilizar las últimas técnicas para adaptar y refinar la maquinaria existente”.
Además, apunta “en el futuro, podemos ver invernaderos llenos de fábricas de plantas que proporcionen una forma más ecológica, económica y sostenible de fabricar moléculas complejas”.
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Citations & References:
Engineered plants produce sex perfume to trick pests and replace pesticides. Earlham.ac.uk
Synthetic Biology Can Be Used to Help Plants Produce a Wide Range of Valuable Natural Products. Genengnews.com
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