Imagine una planta con capacidades completamente nuevas: alimentos más nutritivos, cultivos que sobreviven a las olas de calor u hojas que producen materiales útiles. Con la nueva financiación de ARIA, los investigadores de Cambridge esperan descubrir la tecnología para acelerar el desarrollo de los cultivos y mejorar las plantas con nuevas cualidades, como la tolerancia a la sequía para reducir la cantidad de agua que necesitan, o la capacidad de resistir plagas y enfermedades.
Su investigación tiene el potencial de revolucionar el futuro de la agricultura y ofrecer un enfoque radicalmente nuevo para asegurar el suministro de alimentos frente al cambio climático.
Plantas programables: un gran avance en la biología vegetal
“Estamos desarrollando las herramientas para que las plantas sean programables, como si fueran software. Esto no es ciencia ficción; es el futuro de la agricultura”, afirmó el profesor Jake Harris, jefe del grupo de Cromatina y Memoria y líder de uno de los proyectos financiados por ARIA.
Estamos desarrollando las herramientas para que las plantas sean programables, como si fueran software. Esto no es ciencia ficción: es el futuro de la agricultura. -Jake Harris
El equipo de Harris recibe 6,5 millones de libras para construir el primer cromosoma vegetal artificial del mundo.
El ambicioso objetivo del programa de Plantas Sintéticas es desarrollar cromosomas y cloroplastos artificiales que puedan sobrevivir en una planta viva. Si los equipos lo logran, será uno de los avances más significativos en la biología sintética de plantas.
El equipo internacional incluye colaboradores de la Universidad de Australia Occidental, la empresa de biotecnología Phytoform Labs y la Australian Genome Foundry de la Universidad Macquarie.
“Nuestra idea es que en lugar de modificar un cromosoma existente, lo diseñemos desde cero”, dijo el profesor Harris.
Añadió: «Estamos replanteándonos lo que las plantas pueden hacer por nosotros. Este cromosoma sintético podría algún día ayudar a producir cultivos más productivos, más resilientes y mejores para el planeta».
Si bien se han logrado cromosomas sintéticos en organismos más simples, como bacterias y levaduras, este será el primer intento de crear uno completamente desde cero y desplegarlo en una planta.
El proyecto utilizará el musgo Physcomitrium patens (una planta única y altamente modificable por ingeniería) como plataforma de desarrollo para construir y probar un cromosoma sintético de abajo hacia arriba, antes de transferirlo a plantas de papa.
También abre nuevas posibilidades para el cultivo de alimentos y medicamentos en el espacio, así como para la agricultura de interior. Podría permitir a los científicos dotar a variedades de cultivos de élite de resistencia a enfermedades o de crecimiento productivo en nuevos climas y entornos.
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Desbloqueo de potentes aplicaciones en la agricultura
El segundo proyecto financiado, dirigido por la profesora Alison Smith y el Dr. Paweł Mordaka en el grupo de Metabolismo Vegetal, busca utilizar los cloroplastos sintéticos para que las plantas fijen nitrógeno y produzcan vitamina B12. El uso de fertilizantes para aportar nitrógeno y promover un buen rendimiento de los cultivos es la principal causa de contaminación agrícola; reducir su necesidad promovería sistemas de producción alimentaria más sostenibles.
Esto se basa en su trabajo previo para diseñar y construir el genoma completo del cloroplasto de la alga unicelular simple Chlamydomonas reinhardtii .
Los investigadores de Cambridge reciben casi un millón de libras, como parte de una subvención de 9 millones de libras para este proyecto. Trabajan con un equipo internacional de investigadores del Reino Unido, Estados Unidos y Alemania para transferir esta tecnología y desarrollar cloroplastos sintéticos en plantas de patata.
El profesor Smith afirmó: «Nuestro éxito abriría puertas a potentes aplicaciones en la agricultura, como plantas capaces de fijar nitrógeno o producir nutrientes esenciales como la vitamina B12, lo que podría reducir la dependencia de los fertilizantes y combatir la desnutrición. Estas características tienen un enorme potencial si se incorporan a las plantas».
Añadió: «Permitirá a los científicos superar lo que se puede lograr con la edición genética y dotar a las plantas de nuevas funciones, desde reducir el uso de agua para la agricultura hasta proteger el rendimiento de los cultivos en condiciones inciertas».
Una oportunidad única
La ambición de este proyecto supera el alcance de la mayoría de los demás programas de financiación del Reino Unido. El profesor Harris cree que esto se debe al enfoque único de ARIA para desarrollar la oportunidad y el objetivo de investigación junto con la comunidad científica.
Harris dijo: “ARIA organizó un par de eventos con biólogos sintéticos para analizar qué está al borde de lo posible, qué podría ser útil como un enfoque ambicioso que realmente podría cambiar las cosas”.
Añadió: «Es una forma totalmente diferente de ver las cosas. Pasamos de ‘esto es lo que queremos ver en el mundo’ a ‘¿cómo vamos a lograrlo?’. Esto catalizó un equipo diferente y una forma de pensar diferente».
Este trabajo nos lleva más allá de las limitaciones de los genomas naturales. Se trata de diseñar capacidades completamente nuevas en las plantas, desde el nivel molecular.
Actualmente, desarrollar una nueva variedad de cultivo en el Reino Unido suele llevar ocho años, pero con esta nueva tecnología podría ser cuestión de un año o incluso menos. La velocidad de desarrollo se vería drásticamente incrementada, de forma similar a como la revolucionaria tecnología de plegamiento de proteínas, como AlphaFold, ha acelerado enormemente el proceso de descubrimiento de fármacos.
La biología sintética ya está revolucionando el mundo de la atención sanitaria y podría transformar la agricultura si se aplica para adaptar las características de las plantas.
Fuente: University of Cambridge
