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Interruptor de luz para actividad celular vegetal

10 junio, 2021
Posted in Innovación
10 junio, 2021 Agrobioteg

Interruptor de luz para actividad celular vegetal

Un desarrollo tecnológico disruptivo en el campo de la biotecnología es la optogenética, la cual es una técnica que permite controlar múltiples actividades celulares a nivel molecular empleando pulsos de luz. Utilizando esta tecnología, los científicos pueden obtener nuevos conocimientos sobre diversas áreas de estudio. Un área de investigación que ha avanzado vertiginosamente en los últimos años es la neurología, misma que permite comprender mejor las enfermedades neurológicas y psiquiátricas como la depresión y la esquizofrenia.

La optogenética consiste en la manipulación de células u organismos vivos mediante haces de  luz que activan funciones celulares específicas durante lapsos de tiempo controlados. Para lograrlo, se requiere introducir previamente en las células un ‘sensor de luz’ mediante métodos de ingeniería genética. 

Aunque en el campo neurológico la optogenética ha logrado importantes avances, el panorama es diferente en la investigación de células vegetales donde hasta ahora solo ha funcionado de forma limitada debido a retos tecnológicos. Esto parece haber cambiado, los científicos el Profesor Georg Nagel, el Dr. Kai Konrad, el Dr. Rainer Hedrich y el Dr. Shinqiang Gao, de la Julius Maximilians University of Würzburg han tenido éxito en aplicar métodos de optogenética en plantas de tabaco. Los resultados de su trabajo han sido recientemente publicados en la revista Nature Plants. 

El Dr. Gao señala que existen dos retos principales, “Es difícil modificar genéticamente las plantas para que produzcan rodopsinas funcionalmente. Además, carecen de un cofactor crucial sin el cual las rodopsinas no pueden funcionar: all-trans retinol, también conocida como vitamina A”.

La importancia de la presencia de rodopsinas radica en que esta es un pigmento naturalmente sensible a la luz que forma la base de la visión en muchos organismos vivos. El Prof. Nagel, el Dr. Gao, el Dr. Konrad y sus colegas han podido resolver ambos problemas. Han conseguido producir vitamina A en las plantas de tabaco por medio de la introducción de una enzima proveniente de una bacteria marina, lo que permite una mejora en la incorporación de rodopsina en la membrana celular. Esto permite, por primera vez, la manipulación no invasiva de plantas intactas o células seleccionadas vía estimulación por haces de luz luz a través del canal de rodopsina GtACR1, también llamado canal aniónico.

El hecho de que una bomba de iones sensible a la luz presente en arqueobacterias (bacteriorrodopsina) pueda incorporarse a las células de vertebrados y funcionar allí fue demostrado por primera vez por Georg Nagel en 1995 junto con Ernst Bamberg en el Instituto Max Planck de Biofísica de Frankfurt.

Utilizando tecnologías de edición genética, el profesor Nagel y sus colegas han generado plantas que producen rodopsina y además sintetizan una enzima especial llamada dioxigenasa. Gracias a eso, estas plantas pueden producir vitamina A, que normalmente no está presente en las plantas, a partir de la provitamina A, que es abundante en el cloroplasto de la planta. La combinación de la producción de vitamina A y la optimización de las rodopsinas para la aplicación de las plantas finalmente llevó al éxito a los investigadores.

“Si irradias estas células con luz verde, la permeabilidad de la membrana celular para partículas cargadas negativamente aumenta drásticamente, esto produce a su vez un cambio significativo en el potencial de membrana”, explica el Dr. Konrad. De esta manera, dice, es posible manipular específicamente el crecimiento de los tubos polínicos, además del desarrollo de las hojas, por ejemplo, y así estudiar en detalle los mecanismos moleculares de los procesos de crecimiento de las plantas. 

Los investigadores de Würzburg confían en que este nuevo enfoque optogenético para la investigación de plantas facilitará en gran medida el análisis de vías de señalización. Y tú, ¿Cuentas con algún desarrollo tecnológico que optimice el crecimiento en plantas y te interesa capitalizarlo? En Agrobioteg podemos ayudarte a llevar tu proyecto al siguiente nivel.

 


Fuentes:

Universidad de Würzburg:

https://www.uni-wuerzburg.de/en/news-and-events/news/detail/news/ein-schub-fuer-die-pflanzenforschung/

Nature:

https://www.nature.com/articles/s41477-021-00853-w#Bib1

DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-021-00853-w

Science Daily:

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210216133434.htm

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