El invernadero resplandeciente de nuestros sueños aún está muy lejos, pero se acaba de acercar un tentador empujón.
Los científicos han diseñado genéticamente una planta no solo con un brillo visible, sino con un brillo autosostenible que dura durante todo el ciclo de vida de la planta.
Es una mejora impresionante con respecto a las plantas brillantes anteriores. Es más brillante que las plantas de tabaco de ingeniería genética anteriores, y no necesita ser alimentado con productos químicos para mantener la luminiscencia. Además, la duración del resplandor es mucho más larga que la de las plantas brillantes producidas utilizando nanobionics de plantas.
Por supuesto, todos pensamos de inmediato en un jardín nocturno de estilo Avatar impresionante, brillante y reluciente en la oscuridad y, más adelante, en el futuro, reduciendo nuestra dependencia de la iluminación eléctrica.
Pero la vegetación brillante también podría ayudarnos a entender las plantas en sí , cómo funciona su metabolismo y cómo responden al mundo que las rodea.
El equipo trabajó en dos especies de plantas de tabaco. Y, a diferencia de las plantas brillantes de ingeniería genética anteriores, que usaban bacterias bioluminiscentes o ADN de luciérnaga, estas plantas se diseñaron utilizando el ADN de hongos bioluminiscentes.
«Aunque los genes de bioluminiscencia bacteriana se pueden dirigir a los plastidos para diseñar la autoluminiscencia, es técnicamente engorroso y no produce suficiente luz», escribieron los investigadores en su artículo.
» El ciclo del ácido cafeico, que es una vía metabólica responsable de la luminiscencia en los hongos, se caracterizó recientemente. Reportamos emisión de luz en plantas de Nicotiana tabacum y Nicotiana benthamiana sin la adición de ningún sustrato exógeno mediante la ingeniería de genes de bioluminiscencia fúngica en el genoma nuclear de la planta.»
Fue solo a finales de 2018 que un equipo de investigadores (muchos de los cuales también trabajaron en esta nueva investigación) publicó un artículo sobre la biosíntesis de luciferina fúngica, los compuestos que producen un brillo en los hongos luminiscentes.
Descubrieron que estos hongos sintetizan luciferina a partir de un compuesto llamado ácido cafeico, trabajado por cuatro enzimas. Dos enzimas trabajan para transformar el ácido cafeico en un precursor luminiscente; una tercera enzima oxida este precursor para producir un fotón. La cuarta enzima convierte la molécula de nuevo en ácido cafeico, que se puede reciclar a través del mismo proceso.
Y aquí es donde las cosas se ponen interesantes, porque el ácido cafeico (sin relación con la cafeína) se encuentra en todas las plantas. Es clave para la biosíntesis de la lignina, el polímero de madera que da rigidez y resistencia a las paredes celulares de las plantas.
El equipo razonó que, por lo tanto, podría ser posible diseñar genéticamente plantas para reasignar parte de su ácido cafeico a la biosíntesis de luciferina, como se ve en hongos bioluminiscentes.
Empalmaron sus plantas de tabaco con cuatro genes de hongos asociados con la bioluminiscencia, y las cultivaron cuidadosamente. Y descubrieron que las plantas brillaban con una luz visible a simple vista desde la plántula hasta la madurez, sin ningún costo aparente para la salud de la planta.
«El fenotipo general, el contenido de clorofila y carotenoides, el tiempo de floración y la germinación de las semillas no diferían del tabaco de tipo silvestre en el invernadero, con la excepción de un aumento del 12 por ciento en la altura media de las plantas transgénicas», escribieron los investigadores en su artículo.
» Esto sugiere que, a diferencia de la expresión de la bioluminiscencia bacteriana, la expresión del ciclo del ácido cafeico no es tóxica en las plantas y no impone una carga obvia en el crecimiento de las plantas, al menos en el invernadero.»
Encontraron que las partes más jóvenes de la planta brillaban más intensamente, con las flores creciendo más brillantes de todas. Estos produjeron, según los investigadores, alrededor de mil millones de fotones por minuto. Eso no es suficiente para leerlo, pero es lo suficientemente brillante como para ser claramente visible.
También es alrededor de 10 veces más brillante que otras plantas brillantes genéticamente modificadas, dijeron los investigadores. No es la planta más brillante producida; ese honor pertenece al berro producido por científicos del MIT usando una técnica llamada nanobionica vegetal, que produjo un brillo de alrededor de un billón de fotones por segundo, pero solo duró 3,5 horas.
Este nuevo brillo autosostenible a largo plazo, descubrió el equipo, podría actuar como un indicador de cómo respondieron las plantas a su entorno externo. Cuando colocaban una piel de plátano cerca, por ejemplo, las plantas brillaban más intensamente en respuesta al etileno emitido.
También se observan parpadeos y ondas en la luz, producidas por procesos metabólicos internos que generalmente están ocultos, lo que sugiere que esta investigación podría ser una forma interesante de estudiar la salud de las plantas.
«Al permitir la emisión de luz autónoma, se pueden monitorear los procesos dinámicos en las plantas, incluido el desarrollo y la patogénesis, las respuestas a las condiciones ambientales y los efectos del tratamiento químico», escribieron los investigadores en su artículo.
» Al eliminar la necesidad de adición exógena de luciferina u otros sustratos, estas capacidades luminiscentes deberían ser particularmente útiles para experimentos con plantas cultivadas en el suelo.»
Mientras tanto, el equipo está trabajando en expandir la investigación. Tienen plantas con flores populares modificadas genéticamente, como bígaros, petunias y rosas. También están tratando de producir un brillo aún más brillante y colores diferentes. Y están pensando mucho, mucho más grande.
» Aunque el ácido cafeico no es nativo de los animales, la luminiscencia autónoma también podría habilitarse en los animales», escribieron.
¿no sería algo.
La investigación ha sido publicada en Nature Biotechnology.