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Cómo desarrollar plantas luminiscentes usando luciferina

Cómo desarrollar plantas luminiscentes usando luciferina

El desarrollo de plantas luminiscentes en España supone una gran oportunidad de negocio. Lo cierto es que contamos con varios laboratorios punteros en este proyecto, sin embargo, sólo ha sido explotado comercialmente en EEUU. Con un simple click de ratón se pueden encargar plantas luminiscentes ya crecidas o bien las semillas para cultivarlas.

El brillo en estas plantas se consigue por medio de la bioluminiscencia, que es la emisión de luz por parte de seres vivos a partir de una reacción química. Para su producción se requiere generalmente un pigmento denominado luciferina y una enzima luciferasa que cataliza la reacción de oxidación de la primera. El origen de estos nombres, como habréis podido intuir, viene de Lucifer. Sin embargo, quizás sea más acertado llamar así a estas moléculas que al demonio, ya que lucifer significa “portador de luz”. La luz puede ser desde amarilla-verde hasta roja.

La idea de crear plantas luminiscentes nació con un estudio publicado en 2010 mediante la inserción de estructuras genéticas de bacterias marinas bioluminiscentes.

Si vas un poco más allá, quizás te preguntes si llegaría un momento en el que aparecieran plantas luminiscentes de forma “natural”, debido a la propagación a través del polen. Por supuesto que no. Los científicos cuentan con ello, por eso el ADN que modifican es el que se alberga en los cloroplastos.

Por ahora se ha conseguido en la planta del tabaco y en la especie Arabidopsis. Y… si, ¡también venden rosas luminiscentes! El próximo San Valentín va a salir un poco más caro… ¿Cuánto más? En EEUU una rosa ronda los 130 euros. La planta ya crecida, unos 90 euros. Sin embargo… las semillas son bastante económicas. Un pack con entre 50 y 100 semillas fértiles cuesta unos 35 euros.

Entre los objetivos de esta propuesta está aumentar la intensidad de la luz y desarrollar nuevos cultivos con distintas especies y colores, con vistas a conseguir plantas que puedan iluminar jardines y calles, y conseguir un sistema limpio y ecológico de iluminación.

Este proyecto ha sido aprobado por el Departamento de Agricultura de Estados Unidos y está teniendo un gran impacto en la Comunidad Científica. ¡Queremos traerlo a España!

Las plantas se suelen enviar en contenedores de plástico transparente, inmersas en un gel nutriente. Cuando la planta comienza a alcanzar el tamaño de la caja, es el momento de transferirla a una maceta. La humedad dentro de la caja de cultivación es del 100%, por ello, a la hora del traspaso hay que tener cuidado debido al gran cambio que va a experimentar. Más o menos la mitad de las plantas sobreviven.

La temperatura ideal para su conservación es de 25-26 °C, y la luz del Sol no le debe llegar de forma directa. Por ello, debe de estar en sitios cerrados debido a que es muy sensible al cambio de estas condiciones. La luminiscencia dura entre 2 y 3 meses desde que inicia su crecimiento.

Para que la planta emita no se requiere ni luz ultravioleta ni productos químicos.

Quizás, esta sea la aplicación más caprichosa de la bioluminiscencia. Sin embargo, no es la única. En medicina se está usando mucho como marcadores tumorales. Las células cancerosas en las que se pueden introducir provienen de diferentes zonas, como pueden ser los pulmones, ovarios, próstata o colon, entre otros.

Es importante tener en cuenta la distancia que deben viajar las señales a través de los tejidos. Por ejemplo, las células con luciferasa ubicadas dentro del cuerpo aparecerán menos brillantes que un número equivalente de células situadas cerca de la superficie de la piel. Además, es importante el color de ésta. La melanina es un pigmento que está destinado a dispersar la luz con el propósito de protección contra la radiación perjudicial, y por un mecanismo similar atenuará la luz que surge desde el interior del animal.

Un estudio dirigido por J. Kalra y M. B. Bally (de la Universidad de British Columbia en Canadá) parte de la hipótesis de que los medicamentos para el tratamiento del cáncer varían su eficacia dependiendo de donde se encuentren localizadas las células cancerosas. Para estudiar esto inocularon en ratones hembra células cancerosas situadas en el pecho y que contenían luciferasa.

Este estudio demostró que el crecimiento de la enfermedad se puede monitorizar desde el día cero, tras la inoculación de las células tumorales, hasta el día 28 donde se establece la enfermedad.

Es muy común confundir la bioluminiscencia con la fluorescencia. Como ya se ha dicho, en la primera la materia emite a partir de una reacción química, sin embargo, en la segunda la excitación es mediante luz. Es decir, para que algo emita hay que iluminarlo primero. En el Laboratorio de Materiales Orgánicos Avanzados de la Universidad de Santiago de Compostela diseñan y sintetizan dendrímeros rígidos (grandes moléculas tridimensionales de construcción arborescente) y proteínas, ambas con propiedades fluorescentes, para aplicaciones biomédicas.

En 2007, un grupo de científicos del Departamento de Biología Molecular y Celular de la Universidad de Harvard, desarrollaron un método para el análisis detallado de la arquitectura de la red neuronal. Este método involucraba la utilización de proteínas fluorescentes, las XFP, que etiquetaban por colores distintos tipos de células cerebrales y tejidos, permitiendo trazar circuitos neuronales con la ayuda de métodos computacionales. Esto no solo queda restringido al cerebro, sino a todo tipo de tejidos y células.

Una vez has visto todas estas asombrosas aplicaciones… ¿Cómo se mide todo esto?

Para poder desarrollar la bioluminiscencia en seres vivos que no la producen de manera natural hay que hacer uso de la biotecnología. En atrialab.es disponemos de varios laboratorios punteros en este sector, por ejemplo el de Biología Molecular e Ingeniería Bioquímica de la Universidad Pablo de Olavide (UPO). Lo primero que hay que realizar es la creación de un fragmento de ADN que sea capaz de producir luciferasa, que se introducirá posteriormente en el ser vivo que queremos que emita luz.

Para realizar la caracterización de la bioluminiscencia de las células modificadas, se hace un análisis espectral y de imagen con un espectrómetro. En la red de AtriaLab contamos con numerosos laboratorios con la tecnología necesaria para llevar a cabo este tipo de ensayos, por ejemplo el Laboratorio de Espectroscopía y Bioespectroscopía de la Universidad de Valladolid.

La instrumentación involucrada ha ido evolucionando con el tiempo, permitiendo medir incluso bioluminiscencia in vivo, es decir, de organismos que están vivos mientras se efectúa la medida.

Si te resulta de interés alguna de las aplicaciones que hemos mencionado, y quieres saber más, ponte en contacto con nosotros y te ayudaremos.