La ficción sentando precedentes en la ciencia
Si te gustan las películas de James Cameron, seguro habrás visto Avatar. Si algo llamaba la atención de aquella obra del séptimo arte, era el aspecto de Pandora, el planeta alienígena donde se desarrolla toda la trama. Los bosques de Pandora estaban habitados por plantas autoluminiscentes que permitían ver en la oscuridad.
¿Qué dirías si te contase que sería posible diseñar plantas bioluminiscentes mediante ingeniería genética? Seguro esto te sonará a ficción, pero la ciencia ya ha puesto sobre la mesa la posibilidad de sustituir la iluminación eléctrica artificial, por estos organismos modificados genéticamente.
Por supuesto, esto es un proyecto planteado a largo plazo, y muchos estudios son necesarios hasta que sea posible. Muchos autores ya están hablando de “planternas” (término procedente de la unión entre planta y linterna).
Los genes que permiten la bioluminiscencia
Existen diversos genes en la naturaleza presentes en organismos tales como medusas, hongos y luciérnagas, que otorgan la capacidad de bioluminiscencia. Estos genes se han venido usando en ingeniería genética como genes reporteros, es decir, como “chivatos” de que un inserto complejo, dominado por un promotor, se estaba expresando en un organismo y en un tejido determinados. Entre alguno de estos genes reporteros se encuentran las proteínas fluorescentes y los sistemas luciferina-luciferasa.
En un momento dado se planteó la idea de utilizar plantas autofluorescentes modificadas genéticamente con alguno de estos genes para sustituir al alumbrado eléctrico y permitir una iluminación sostenible y por la autonomía que ofrecen, los elegidos son los sistemas luciferasa-luciferina.
Se conocen tres sistemas luciferasa-luciferina, el de luciérnagas, el de bacterias y el de hongos.
El mejor sistema para producir plantas autoluminiscentes se conoce
El uso de los genes de luciferasa procedentes de las luciérnagas plantea diversos problemas logísticos en su uso en planta, pero el descubrimiento de los operones lux de bacterias y los sistemas bioluminiscentes fúngicos pueden permitir crear un sistema autoflorescente más autónomo. No obstante, el sistema luciferasa-luciferina bacteriano provoca cierta toxicidad en eucariotas y la emisión es bastante reducida. No ocurre así con el sistema fúngico, mucho menos tóxico y con una mayor intensidad lumínica, siendo el mejor candidato.
La ruta metabólica mediante la que se sintetiza la luciferina fúngica se conoce como ruta del ácido cafeico. Un cluster génico codifica las cuatro enzimas claves de este ciclo en la especie Neonothopanus gardneri, incluyendo la luciferasa fúngica (Luz), la hispidina-3-hidrolasa (H3H), la hispidina sintasa (Hisps) y la cafeilpiruvato hidrolasa (CPH). Hisps se activa por la acción de otra enzima, NPGA (4´-fosfopanteteinil transferasa). La hispidina en definitiva es la molécula precursora de la luciferina fúngica, también llamada 3-hidroxihispidina. Esta molécula es oxidada por la enzima “Luz”, generando fotones y oxi-luciferina (llamada ácido cafelpirúvico). Finalmente, esta molécula es hidrolizada en piruvato y ácido cafeico. Por acción de la enzima “Hips”, el ácido cafeico puede reciclarse en hispidina. Curiosamente, este ciclo comparte intermediarios metabólicos con otras rutas presentes en plantas tales como el shikimato, las antocianinas, y las ligninas. Estos intermediarios hacen de puente con la ruta del ácido cafeico fúngica.
Algunos investigadores ya han creado sus propias “planternas”
Ya en el año 2020 se generó una planta de tabaco transgénica a la que se le transfirieron los genes que codifican para las enzimas de la ruta mencionada anteriormente (Luz, H3H, Hisps y CPH). Como resultado obtuvieron una planta autoluminiscente bastante eficiente en comparación con otras. Simultáneamente, otro grupo de investigación transfirió estos genes junto con el gen NPGA a diversas especies de planta y como resultado obtuvo una fuerte luminiscencia de los cotiledones, hojas, y pétalos de las flores de estas plantas modificadas genéticamente. Este sistema fúngico no producía citotoxicidad, ni inhibición del crecimiento de la planta en comparación con otros sistemas como el bacteriano. No obstante, algunas condiciones ambientales como el pH y temperatura bajos pueden reducir la emisión de fotones por parte de la planta de forma significativa.
El sistema, como bien podrás ver, se conoce bastante bien, no obstante, es necesaria más investigación y una gran intervención por parte de la ingeniería genética que permita mejorar la eficiencia de estos sistemas autoluminiscentes, sobre todo para hacerlos estables en diferentes condiciones ambientales externas.
Todavía queda mucho por hacer, pero puede que en un futuro, en lugar de farolas, nuestras calles estén alumbradas por árboles ¿Te imaginas tu calle favorita iluminada por Magnolios? Nos gustaría conocer tu opinión sobre este tema, por lo que esperamos tus comentarios al respecto.
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