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Joanne Chory, la científica que desarrolla «super plantas» para salvar al mundo del cambio climático

Joanne Chory

La profesora Joanne Chory en el Instituto Salk, donde dirige su proyecto «Ideal Plant». Imagen: Salk Institute.

La Dra. Joanne Chory espera que las modificaciones genéticas para potenciar las capacidades de fijación de CO2 de las plantas puedan jugar un papel clave en la lucha contra el cambio climático, pero sabe que el tiempo es corto tanto para ella como para el planeta.

Washington Post / 28 de abril, 2021.- Al mundo se le estaba acabando el tiempo, y a Joanne Chory también.. La bióloga, de 63 años, se acercaba al final de una distinguida carrera investigando el crecimiento de las plantas. Ahora había ganado el premio más prestigioso en su campo, el premio de ciencias de la vida de la Fundación Breakthrough, que venía acompañado de un cheque de 3 millones de dólares y la oportunidad de dirigirse a inventores y donantes acaudalados en una ostentosa ceremonia de premios en Silicon Valley en diciembre de 2017.

El público esperaba que Chory reflexionara sobre sus logros. En cambio, aprovechó la oportunidad para lanzar una advertencia.

El cambio climático provocado por el ser humano estaba poniendo en peligro el futuro de la humanidad, dijo en unas declaraciones grabadas. La supervivencia dependería de las máquinas originales de captura de carbono de la Tierra, las herramientas más eficaces para deshacerse de los gases de efecto invernadero.

Había que encontrar nuevas formas de cultivar plantas, y pronto.

La urgencia de la científica no sólo procedía de lo que ocurría a su alrededor (olas de calor récord, incendios forestales catastróficos e inundaciones mortales relacionadas con el cambio climático), sino de la lucha que llevaba dentro. Chory llevaba más de una década viviendo con la enfermedad de Parkinson, y la enfermedad estaba empeorando. Las células de su cerebro se estaban degenerando y sus músculos se rebelaban.

Con el mundo tambaleándose hacia el desastre, decidió que sólo había una cosa que quería hacer con los días que le quedaban.

En el vídeo del Breakthrough Prize, Chory expuso su visión de un nuevo tipo de agricultura. Quería crear «plantas ideales», es decir, cultivos como el trigo o el arroz que fueran capaces de almacenar grandes cantidades de carbono en sus raíces. Si un número suficiente de agricultores replantaran sus campos con estas especies manipuladas, dijo, podrían extraer de la atmósfera hasta el 20% del dióxido de carbono emitido por los seres humanos cada año.

Con el tiempo, ese discurso llamaría la atención de las fundaciones y atraería millones de dólares en financiación, lo que permitiría a Chory y sus colegas del Instituto Salk de Estudios Biológicos de La Jolla (California) ampliar su laboratorio y mejorar sus experimentos. Identificarían los genes que hacen que las raíces de las plantas sean profundas, gruesas y ricas en azúcar. Sus invernaderos y cámaras de crecimiento estarían repletos de plántulas y su proyecto se anunciaría como una solución revolucionaria al mayor problema del planeta.

Pero el día que pronunció su discurso, Chory sólo tenía su fe en que la idea era posible, y su convicción de que había que hacerlo.

«Vamos a mejorar las plantas», dijo, con una sonrisa en los labios. «Y vamos a acabar salvando el mundo».

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Crecer en la oscuridad

Al escuchar a Chory describirla, la fotosíntesis es un milagro del día a día. Con nada más que la luz del sol, convierte el agua y el dióxido de carbono en pétalos de flores y troncos de árboles, amplias hojas verdes y tallos enjutos. Casi toda la vida en la Tierra debe su existencia a este proceso.

La fotosíntesis también protege a la humanidad de las peores consecuencias de nuestras propias acciones. Cada año, las plantas absorben alrededor de una cuarta parte de los gases que calientan el planeta que emitimos las personas. Dicho de otro modo: sin las plantas, el cambio climático (que ya ha perturbado los ecosistemas y destruido vidas) sería aún peor.

«Las plantas son muy buenas. Son como un socio silencioso en todo esto», dijo Chory. «Pero nadie les presta atención».

Chory puede empatizar; ella también pasó por alto las plantas durante muchos años. Creció cerca de Boston en los años 50 y 60, siendo una de los seis hijos de una bulliciosa familia libanesa-americana, y pasó la mayor parte del tiempo peleando con sus hermanos o desapareciendo en las novelas. Era ambivalente respecto a la ciencia hasta que un curso de genética en la universidad captó su interés, y durante sus estudios de posgrado se centró en las bacterias, no en las plantas.

Después de recibir su doctorado, Chory decidió unirse a un laboratorio que experimentaba con una pequeña hierba llamada Arabidopsis, principalmente porque parecía menos competitiva que la investigación de microbios o moscas de la fruta. Al haber tan pocos científicos que la estudiaran, «pensé que podía marcar la diferencia», recuerda.

Para uno de sus primeros experimentos, Chory quería identificar una mutación genética que hacía que algunas plantas de Arabidopsis fueran moradas en lugar de verdes. Metió algunas plántulas en una cámara oscura para ver qué pasaba.

La lógica dictaba que las plantas se marchitarían poco después de brotar, privadas de la luz necesaria para realizar la fotosíntesis. Pero varias de las plantas de semillero desafiaron las expectativas, enviando brotes gordos y hojas anchas y blancas.

«La mayoría de la gente diría: ‘qué raro, no he conseguido el mutante que quería’, y seguiría adelante», dijo Fred Ausubel, un genetista de la Facultad de Medicina de Harvard que dirigía el laboratorio donde trabajaba Chory en ese momento. «Pero Joanne se dio cuenta inmediatamente de que había encontrado algo mucho más interesante e importante»: una mutación que hacía que las plantas frustraran su propia biología y crecieran en la oscuridad.

Aunque el descubrimiento inicial fue una casualidad, lanzó a Chory a décadas de estudio intensivo. Su primer gran trabajo académico reveló el gen que activa el «modo de crecimiento» de una planta en respuesta a la luz solar. A continuación, identificó las hormonas que determinan la forma y el tamaño de las plantas. Sus descubrimientos allanaron el camino para la investigación que mejoraría el rendimiento de los agricultores y haría que los cultivos fueran más resistentes.

Al principio, los científicos se resistieron a sus descubrimientos y a la dinámica mujer que los presentó. Los investigadores más veteranos cuestionaban sus análisis. Los compañeros y colegas varones trataban de intimidarla con bromas.

Pero Chory había heredado la determinación de su madre, que había abandonado el instituto para ponerse a trabajar durante la Gran Depresión, y la resistencia de su padre, que trabajaba muchas horas como contable para que la familia pudiera llegar a fin de mes. Su piel dura la heredó gracias a sus hermanos, de los que afirma con cariño que «eran más malos que cualquiera que haya conocido en el laboratorio».

Con el tiempo, Chory se convirtió en una superestrella de la investigación vegetal. Creó su propio laboratorio en el Instituto Salk y fue elegida miembro de la Academia Nacional de Ciencias. Sus investigaciones publicadas se enseñaban en las clases de biología de las universidades, donde asombraban a los aspirantes a científicos como Jennifer Nemhauser, que soñaba con estudiar en el laboratorio de Chory.

«Era obvio que era una pensadora increíblemente original y alguien muy valiente, que hacía cosas que otras personas considerarían demasiado difíciles, demasiado raras, demasiado ambiciosas», dijo Nemhauser.

Cuando llegó a trabajar con Chory como becaria postdoctoral en el año 2000, Nemhauser estaba preparada para dejarse impresionar por el feroz intelecto de la mujer mayor. No esperaba que Chory fuera compasiva, ingeniosa y sabia, con un sentido del humor autodespreciativo y dispuesta a escuchar cualquier idea.

«Era el ambiente científico más embriagador en el que he estado nunca», dice Nemhauser, que ahora es profesora de la Universidad de Washington. Las reuniones del laboratorio de Chory a menudo se convertían en discusiones desenfrenadas y debates enérgicos. Las conversaciones terminaban con todos sonriendo y empapados de sudor.

En 2004, Chory convocó a su equipo a una reunión más sobria. Le habían diagnosticado Parkinson, un trastorno cerebral degenerativo que puede causar temblores, problemas de movilidad y fuertes dolores, entre otros síntomas. Aunque la enfermedad puede tratarse, no tiene cura.

Nemhauser recuerda la escena de dolor que llenó el laboratorio tras el anuncio. Chory sólo tenía 49 años. Tenía dos hijos pequeños. No parecía justo que una persona tan consumada y querida tuviera que enfrentarse a tanto dolor.

Casi todos los presentes lloraban, dijo Nemhauser. Pero los ojos de Chory permanecían secos.

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Una idea echa raíces

Durante casi una década, Chory pudo controlar su Parkinson con medicación. Pero la enfermedad es progresiva; en 2014, sus síntomas se habían agravado. Algunos días se despertaba con la sensación de que su cuerpo había envejecido 40 años de la noche a la mañana. El simple hecho de caminar, dijo, era tan agotador mentalmente como conducir por el carril izquierdo en las carreteras inglesas.

Chory se mantenía al tanto de la literatura científica y representaba a los pacientes en conferencias de neurociencia. Intentaba ir por delante de su enfermedad.

«Pero los cambios bruscos y el hecho de no saber a qué te vas a enfrentar, pueden provocar ansiedad», dijo. «Prefiero no pensar en ello».

Así que trabajó. Entre 2005 y 2015, Chory contribuyó a 117 publicaciones en revistas académicas: incluían títulos como: «Señalización de orgánulos: cómo los cloroplastos estresados se comunican con el núcleo» y «Un interruptor de palanca en la captación de nitrato por parte de las plantas«.

Pero la rápida escalada de la crisis climática empezaba a coincidir con la urgencia que Chory sentía por su propia salud. En 2011, una sequía en África oriental provocó la muerte de decenas de miles de personas por hambre. Al año siguiente, el huracán Sandy asoló la costa este. A finales de 2013, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera superó el hito de las 400 partes por millón. Y 2014 fue el año más cálido del planeta del que se tiene constancia, hasta que 2016 lo superó.

Tenía que haber algo que pudieran hacer, decía Chory durante aquellas conversaciones libres en el laboratorio. Si las emisiones humanas de dióxido de carbono eran el problema, ¿no podían las plantas ser parte de la solución? Al fin y al cabo, las plantas llevaban más de 3.000 millones de años perfeccionando el arte de extraer el carbono de la atmósfera.

Por aquel entonces, Elizabeth Blackburn, entonces presidenta del Instituto Salk, lanzó un reto al profesorado: haz algo más grande que tu laboratorio, trabajen en equipo en un proyecto que pueda cambiar el mundo.

Los investigadores de biología vegetal del instituto se pusieron de acuerdo y nació la iniciativa Harnessing Plants.

Algunos de los colegas de Chory se sorprendieron por su repentino cambio de enfoque. Pero no a Jack Bolado, que ha sido su jefe de laboratorio durante más de una década.

«Está utilizando todo lo que ha logrado para hacer algo centrado en el mayor problema que existe», dijo. «Un último hurra de su carrera».

El primer reto de la iniciativa fue encontrar un modo de hacer que las plantas almacenaran mejor el carbono a largo plazo. Aunque la vegetación del mundo extrae cada año billones de kilos de dióxido de carbono de la atmósfera, gran parte de éste vuelve al aire cuando las plantas mueren y su tejido es descompuesto por los microbios.

Wolfgang Busch, experto en raíces, sugirió que las plantas podrían ser manipuladas genéticamente para poner más carbono en sus partes subterráneas. De este modo, su tejido en descomposición se incorporaría a la tierra, en lugar de liberarse al aire. El carbono y otros nutrientes se devolverían al suelo agotado por décadas de agricultura intensiva. Y, como ventaja adicional, las plantas con raíces profundas serían más resistentes a las inundaciones y a la sequía.

A continuación, Joe Noel llamó la atención del equipo sobre una molécula llamada suberina, que constituye el principal componente del corcho. Cada molécula contiene docenas de átomos de carbono, y la sustancia es difícil de descomponer para los microbios. Si los científicos consiguen que las plantas almacenen el carbono en esta forma, éste permanecerá atrapado durante al menos un siglo, ganando tiempo para que la civilización abandone los combustibles fósiles.

El equipo adoptó múltiples enfoques para identificar los genes a los que debían dirigirse. En algunos casos, examinaron la literatura científica y compararon cientos de cepas silvestres de Arabidopsis en busca de las propiedades deseadas. A continuación, utilizaron herramientas de edición de genes para atemperar o mejorar esos rasgos. Otra táctica consistió en sumergir las semillas de Arabidopsis en un producto químico que altera el ADN, y luego controlar su crecimiento.

En ambos casos, los investigadores buscaron las plantas con las cualidades más intrigantes. Si un brote era deficiente en suberina, significaba que se había eliminado un gen relacionado con su producción. Si otra presentaba raíces extra gruesas, también tenía una mutación que merecía la pena investigar.

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Las plantas con los genes adecuados podrían cruzarse con los cultivos para crear la «planta ideal». Tendría raíces grandes y profundas. Tendría mucha suberina. Y sería capaz de alimentar al mundo.

No sería difícil encontrar espacio para cultivar esta planta: la mitad de la tierra habitable del mundo ya está dedicada a la agricultura, que actualmente es responsable de casi una cuarta parte de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.

El problema era el dinero. La biología vegetal nunca ha sido un campo de investigación bien financiado. Pero para un programa experimental de cultivo de una planta que salvara el clima, realmente no había nada: ninguna subvención de la National Science Foundation, ni premios del Departamento de Agricultura de EE.UU. El equipo se presentó a todas las fuentes de financiación tradicionales y todas las rechazaron.

Hasta que Chory dio su discurso.

Ese fue un «momento clave», dijo Busch, que codirige la iniciativa Harnessing Plants. «Utilizó ese escenario y destacó no sólo el trabajo de los científicos de las plantas, sino… esta idea de luchar contra el cambio climático con la genética de las plantas».

«En cierto modo, eso desencadenó esta secuencia de acontecimientos afortunados que nos hicieron triunfar».

Poco después, alguien le sugirió a Chory que se presentara al TED Audacious Project, una colaboración de fundaciones y filántropos que buscan financiar soluciones a los principales problemas del mundo. El programa concedió a Salk 35 millones de dólares, varios órdenes de magnitud más que la subvención media de la NSF. Luego vinieron 30 millones de dólares del Bezos Earth Fund (Jeff Bezos, de Amazon ydueño de The Washington Post). Y millones más de empresas como Sempra Energy y Hess.

«Ahora sólo tenemos que hacerlo», dijo Chory. «Hacerlo es lo que me mantiene despierto por la noche».

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La modificación genética de las plantas que propone Chory ayudaría a retener carbono bajo tierra Salk Institute

La planta ideal

Para 2030, según los científicos, la humanidad debe reducir las emisiones de gases de efecto invernadero casi a la mitad para evitar las consecuencias más catastróficas del cambio climático.

«Es un calendario bastante agresivo», dice Chory. «La pregunta de si se podrá hacer para entonces se cierne sobre Wolfgang y sobre mí».

A principios de la década, los miembros del profesorado de la Iniciativa para el Aprovechamiento de las Plantas trazaron un curso que pensaban que les llevaría a donde tenían que ir. Dedicarían cinco años a la investigación básica: Identificar genes relevantes en Arabidopsis y en plántulas de plantas agrícolas; utilizar técnicas de edición genética o de mejora tradicional para llevar esos genes a los cultivos adecuados; realizar pequeños experimentos de campo para ver cómo crecen las plantas al aire libre.

Después tendrían cinco años para realizar grandes ensayos de campo, aumentar la producción y convencer a las empresas y a los políticos de que se sumen a la iniciativa. Esperaban que en 2030 los cultivos ideales ocuparan medio millón de hectáreas. En 2035, las plantas secuestrarían entre 4 y 8 gigatoneladas de dióxido de carbono al año, entre el 10% y el 20% de las emisiones anuales actuales de la humanidad.

Pero entonces la pandemia de coronavirus consumió el país y cerró su laboratorio. Se perdieron dos generaciones de plantas experimentales. Aún más preocupante, dice Chory, es la pérdida de impulso.

«Tengo que seguir animando a la gente», dice.

Cuando Chory se esfuerza por ser positiva, imagina el futuro que le espera si la gente no se enfrenta al cambio climático: Incendios catastróficos e inundaciones devastadoras. Escasez generalizada de alimentos y agua. Destrucción de hábitats y extinción de especies a un ritmo que no se había visto en millones de años. «¿De verdad quieres que tus hijos vean eso?», se pregunta.

Y luego imagina el futuro que todavía cree posible: Gente viviendo en casas más pequeñas, más seguras y más sostenibles. Molinos eólicos agitándose y paneles solares brillando en las laderas de las montañas y en los campos. Se imagina una hectárea tras otra de tierras de labranza plantadas con cultivos genéticamente modificados, cuyas raíces se adentran en un suelo rico y sano. Piensa en las concentraciones de dióxido de carbono disminuyendo, un cambio medible y significativo.

La salud incierta de Chory significa que su propio futuro es un misterio. Pero se imagina a sus hijos, en la treintena, en un planeta próspero.

«Me gustaría que mis hijos pensaran», dice, «que he hecho algo importante por su mundo».

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