Investigadores de la <a title="Universidad de Harvard" href="https://www.harvard.edu/" target="_blank">Universidad de Harvard</a> logran vegetales un 150% más grandes con agua, bacterias y luz solar gracias a una hoja biónica. Esto, junto a la edición genética, forma parte de una nueva era de la agricultura.
Si el crecimiento de la población mantiene su ritmo actual, en 2050 será necesario aumentar en un 70 por ciento la producción de alimentos, según Naciones Unidas, y todo sin contar con los temidos efectos del calentamiento global. Esto obliga a los líderes políticos a trabajar en un reparto más equitativo de los recursos y a los científicos en tratar de aumentar la producción de las plantas. Si hace cincuenta años la revolución verde permitió disparar la producción agrícola gracias a los pesticidas, fertilizantes y variedades de plantas mejoradas, en la actualidad ha comenzado una nueva revolución: la biológica.
Esta se basa en las más modernas técnicas de edición de genes, y se caracteriza porque trata de diseñar seres vivos a la carta que superen las capacidades naturales. Esto permite desarrollar plantas que crecen más y más rápido, o bien que resisten mejor la sequía, el frío o el ataque de insectos. A veces, estas creaciones están enriquecidas con vitaminas o antioxidantes o, sencillamente, tienen un sabor más agradable.
Daniel G. Nocera, un químico de la prestigiosa Universidad de Harvard, presentó ante el congreso de la Sociedad Americana de Química un nuevo diseño que promete aumentar la producción vegetal sin necesidad de usar fertilizantes. No se basa en la edición de genes, sino en una última vuelta de tuerca a un diseño de hoja biónica: se trata de un dispositivo artificial que emula la fotosíntesis de las plantas. Normalmente, esta reacción le permite a las plantas producir material vegetal usando luz y agua, pero la hoja biónica de Nocera usa catalizadores químicos para que sean unas bacterias las que hagan esta reacción.
Este científico sorprendió al mundo en 2016, cuando publicó un artículo en la revista Science en el que presentaba el diseño de la hoja biónica, compuesta por una parte artificial y por otra viva, y que era capaz de superar en diez veces la capacidad de las plantas para hacer la fotosíntesis. Se trata básicamente de un sistema que funciona como un panel solar provisto de catalizadores artificiales y que se basa en la actividad natural de una bacteria, llamada Ralstonia eutropha. La ventaja es que este microbio hace la fotosíntesis aún mejor que las plantas y que se puede producir biocombustible con eficacia.
En este caso, los investigadores usaron esta hoja biónica junto a otra especie de bacteria, llamada Xanthobacter. El microbio fabrica un bioplástico que almacena en su interior y que otras plantas pueden aprovechar como fertilizante. En concreto, el sistema permite satisfacer las necesidades de nitrógeno de las plantas. Los microbios de la hoja biónica lo captan de la atmósfera, donde es extremadamente abundante, y lo guardan en el suelo, donde es escaso.
¿Hasta qué punto ha sido eficaz? Los científicos usaron el fertilizante producido en las hojas biónicas para alimentar las raíces de unos rábanos. Gracias a este suministro, estas plantas crecieron un 150 por ciento más.
"La investigación de Daniel G. Nocera es pionera y está en las fronteras de la ciencia", explicó a ABC Antonio Granell, profesor en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas, un centro mixto del CSIC y la Universidad Politécnica de Valencia. "Se trata de un intento muy interesante de combinar la catálisis química con los microorganismos".
EDITAR GENES DE PLANTAS
Anteriormente, Granell participó en una investigación publicada en la revista Science que analizó los genes de 398 variedades tradicionales de tomate. Allí, los investigadores identificaron cuáles son los genes responsables del buen sabor de estos frutos, para diseñar variedades de tomate con mejores propiedades organolépticas.
"Aparte de la aproximación de Nocera, hay otras muchas vías para tratar de mejorar las plantas y la producción de alimentos" explicó Granell. Por ejemplo, gracias a las sofisticadas técnicas de edición genética, se puede aumentar la productividad vegetal o diseñar variedades más resistentes a consecuencias del cambio climático, como la sequía o el ascenso de temperaturas. También es posible crear plantas que soporten mejor el ataque de virus, bacterias, insectos y hongos. Por último, y también a través de las técnicas de edición de genes, hay estudios que buscan aumentar la presencia de moléculas saludables en las plantas, como pueden ser los antioxidantes.
El uso de pesticidas y abonos, característico de la revolución verde, ha provocado muchos problemas de contaminación. Los transgénicos, desarrollados después, han levantado suspicacias, y están vigilados muy estrechamente por la Unión Europea. Sin embargo, las nuevas técnicas de edición genética abren un nuevo escenario, porque permiten diseñar a la carta plantas no transgénicas: es posible modificar genes sin introducir secuencias de otras especies. "Es lo mismo que hace la Naturaleza", ha explicado Granell. "Empresas y laboratorios académicos ya trabajan en ello. Es cuestión de tiempo, la sociedad lo aceptará cuando entienda que no hacemos nada que la Naturaleza no haga".
'SUPERFOTOSÍNTESIS' PARA PRODUCIR MÁS COMIDA
Los investigadores tienen ahora a su alcance un arsenal incomparable para mejorar las capacidades de los vegetales. Por ejemplo, la Fundación Bill y Melinda Gates está financiando una investigación de la Universidad de Berkeley y la de Illinois (Estados Unidos) para diseñar plantas más productivas.
Los investigadores, dirigidos por Johannes Kromdijk, usaron modernas técnicas de edición de genes para diseñar una planta de tabaco cuya productividad es un 20 por ciento superior a la de variedades tradicionales.
"Hemos demostrado que funciona en tabaco, pero por supuesto ninguno de los científicos de este proyecto está interesado en aumentar la producción de tabaco", explicó Kromdijk a ABC. "Estamos mucho más interesados en probarlo en cultivos comestibles".
Si el primer paso ha sido con el tabaco, es porque este vegetal es más fácil de manipular genéticamente. Tal como explicaron los investigadores, ya trabajan en aumentar la eficacia de la fotosíntesisen plantas como el arroz, la mandioca y el caupí, un vegetal que es la principal fuente de proteínas en muchas áreas del África subsahariana. Además, en un futuro próximo quieren comenzar a probarlo en maíz, soja y sorgo.
Estas plantas no son transgénicas, puesto que no incoporan genes de otros organismos. En lugar de eso, los científicos usan técnicas de edición de genes para modificar las plantas con las que trabajan. El problema es que esto requiere conocer con mucha profundidad el funcionamiento de estas.
En esta ocasión, los científicos potenciaron el funcionamiento de ciertos genes que regulan un mecanismo de protección, que funciona cuando la planta recibe sombra y repentinamente una luz muy intensa que resulta dañina. Lograron que la planta se adaptara más rápido después de sufrir un cambio, lo que le permite crecer más rápido.
