Ir al contenido principal

Diseñando nuevas rutas metabólicas

Las plantas son la base para la existencia de todas las formas de vida que hay sobre la tierra, ya que se encuentran en el primer nivel de la cadena alimenticia. Ellas capturan y asimilan el CO2 directamente del ambiente para transformarlo en nutrientes, que son usadas como fuente de energía tanto por las plantas como por otros organismos. La forma como asimilan el CO2 es a través del ciclo de Calvin-Benson siendo la enzima RUBISCO la principal responsable de este proceso. Este ciclo combina el carbón asimilado bioquímicamente con moléculas de agua para producir una variedad de compuestos orgánicos. Sin embargo, por el hecho de que este proceso haya estado sometido a una fuerte presión evolutiva, no quiere decir que sea el más eficiente.

Nuestro deseo siempre ha sido producir más con menos, hacerlo todo más eficiente. Hemos querido modificar las plantas cultivadas de manera que puedan producir más biomasa y alimentos con las mismas condiciones de cultivo. Para ello se han usado procesos de mejoramiento genético, se han desarrollo nuevos fertilizantes, se han usado promotores de crecimiento, y hasta se han insertando genes de otras especies para darles características especiales que no las podría obtener naturalmente. Un intento fue mejorar la eficiencia de asimilación del CO2 para que la planta pueda asimilar más carbono del ambiente y pueda producir más compuestos orgánicos, sin embargo esto no ha podido ser posible aún.

Sin embargo, usando la magia de las biomatemáticas y la biología computacional, los investigadores han descubierto una nueva forma de crear rutas metabólicas más eficientes. En términos generales, este descubrimiento consiste en tomar partes diseñadas por la naturaleza, seleccionar las mejores y reconectarlas para crear nuevas rutas metabólicas más eficientes, con nuevas características y hasta con nuevas funciones, capaz de acabar con todas las necesidades del hombre.

Así que estos investigadores diseñaron algoritmos que podrían hacer combinaciones de las más de 5000 enzimas metabólicas conocidas por la ciencia. Por ejemplo, podríamos encontrar todas las enzimas relacionadas con la fijación del CO2, seleccionar aquella que asimile la mayor cantidad de carbono con el menor consumo de energía y reconectarla con las otras enzimas envueltas en el proceso para generar una nueva ruta metabólica. Es como crear una nueva ruta metabólica desde cero, más conocido como biología sintética.

Al hacer este proceso se encontró una familia de reacciones químicas llevadas a cabo por ciertas enzimas que pueden generar una ruta metabólica artificial llamada: malonil-CoA-oxaloacetato-glioxilato (MOG, para abreviar), que podría ser de dos a tres veces más eficiente que el ciclo de Calvin-Benson. Aunque por ahora el ciclo MOG solo existe en los campos de cultivo de las computadoras (in silico), las enzimas relacionadas con esta ruta metabólica artificial puede ser encontrada en muchas especies de bacterias. Así que usando los principios de la biología sintética, se podría diseñar una bacteria capaz de realizar el ciclo MOG in vivo. Si se obtiene esta bacteria, por qué no pensar en hacerlo en tejidos vegetales.

La evolución pudo haber llegado a esta solución sin la introgresión del hombre; sin embargo, la madre naturaleza también tuvo que preocuparse por las plagas, la disponibilidad de nutrientes y agua, y otros factores que nuestros agricultores modernos lo tienen bajo control. Lo agricultores tratan de optimizar una cosa diferente de lo que la naturaleza trata de optimizar.

Vía Wired Science, PNAS.

Comentarios

Entradas más populares de este blog

Los huevos verdes

[Artículo publicado originalmente el 16 de abril de 2014 en Expresión Genética del diario El Comercio]
No me refiero a los de Shrek ni los de Hulk...
Hace unos años visité la localidad de Huancapallac, en el departamento de Huánuco, y participé del Muhu Raymi (Fiesta de las Semillas). En esta feria, agricultores de diferentes lugares del país exhiben su gran agrobiodiversidad. Mientras paseaba por los puestos de cada uno de ellos, vi algo que llamó mi atención: huevos de color verde.

Si bien los huevos pueden adquirir diferentes colores, dependiendo de la especie a la que correspondan, todos los huevos de gallina que encontramos en los mercados son blancos o morenos (color piel). Sin embargo, al menos tres razas de gallinas ponen huevos verdes y azulados: la Araucana de Chile y los Dongxiang y Lushi de China. Esta coloración se debe a un pigmento llamado biliverdina.
La biliverdina se genera a partir de la degradación de la hemoglobina —molécula que da el característico color rojo a la sa…

El asesino en serie de los anfibios bajo la mira

Los anfibios del mundo están viviendo un verdadero apocalipsis. Poblaciones enteras están siendo diezmadas. Algunas especies se han extinto y otras están seriamente amenazadas. Y, como en una verdadera película de terror, un patógeno es el responsable, posiblemente, el peor de toda la historia en cuanto a su impacto sobre la biodiversidad. Su nombre, Batrachochytrium dendrobatidis (de cariño Bd). ¿Dónde y cuando apareció este asesino? ¿Cómo se propaga? Son algunas de las interrogantes que pretende resolver un estudio publicado en Science la semana pasada.

Bd es un hongo que ataca directamente la piel de los anfibios (que es por donde estos animales respiran, intercambian electrolitos y regulan el pH), alimentándose de las proteínas que la componen. La piel alrededor de las articulaciones se hace trizas y se desprende hasta que pierden el equilibrio homeostático del cual no pueden recuperarse. Al cabo de unos días, mueren de un ataque cardiaco.

Este problema fue detectado por primera v…

¿Qué fue del estudio más grande sobre la seguridad de los transgénicos?

La tarde del 11 de noviembre de 2014, en un hotel londinense, se anuncia el lanzamiento de "Factor GMO", el experimento a largo plazo más extenso y detallado jamás realizado sobre un alimento transgénico y su plaguicida asociado.


Con un costo estimado de 25 millones de dólares, el estudio buscaba aportar —con una solidez sin precedentes— valiosa información para permitir a las autoridades reguladoras, los gobiernos y la población general, responder si es seguro el consumo de Organismos Genéticamente Modificados (OGM) o la exposición a su herbicida asociado en condiciones reales.

El experimento —que se llevaría a cabo en un laboratorio secreto en el territorio ruso para evitar cualquier injerencia externa— consistía en someter a 6.000 ratas de laboratorio a diversas dietas basadas en el maíz transgénico NK603 y su herbicida asociado (RoundUp), cuyo principio activo es el glifosato. Es similar al famoso estudio realizado Guilles-Eric Seralini, pero a mayor escala. Solo para re…