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Transfieren una proteína humana a cultivos agrícolas y aumentan en un 50% el rendimiento

El trasplante de la proteína humana FTO, conocida por promover el crecimiento, en cultivos puede generar plantas más grandes, más pesadas y más abundantes.

Un ajuste genético revolucionario e inesperado, que se dirige al ARN, permite desarrollar cultivos que producen significativamente más alimentos y muestran una mayor tolerancia a la sequía. Si bien es una ruta prometedora para aumentar los rendimientos agrícolas, los expertos dicen que se debe trabajar más para comprender por qué funciona el ajuste.

Smithsonian Magazine / 17 de agosto, 2021.- Cada año, 9 millones de personas en el mundo sucumben al hambre; eso equivale a más que las muertes por SIDA, malaria y tuberculosis juntas. Pero la solución a la crisis mundial del hambre no es tan simple como aumentar la producción agrícola.

Por un lado, la agricultura tiene una gran huella de carbono, que contribuye del 10 al 20% de los gases de efecto invernadero globales anualmente. Luego, el uso excesivo de productos químicos genera resistencia en las plagas y patógenos que las sustancias pretenden matar, lo que dificulta que los agricultores erradiquen las enfermedades asociadas la próxima vez. La escorrentía de fertilizantes también puede contaminar las vías fluviales.

[Recomendado: Revolucionaria modificación del ARN aumenta la producción en un 50% en arroz y papa]

No es suficiente cultivar más alimentos, la humanidad necesita crecer de manera más eficiente.

Con miras a alimentar a la creciente población mundial de una manera sostenible, los investigadores de China y los EE. UU., pueden haber encontrado una solución inteligente, en forma de cultivos de gran tamaño. El trasplante de una proteína humana, conocida por promover el crecimiento, en los cultivos puede generar plantas más grandes, más pesadas y más abundantes, aumentando los rendimientos agrícolas en un 50%, según el nuevo estudio en Nature Biotechnology. Si bien los resultados son prometedores, los expertos dicen que es necesario realizar más investigaciones para probar su temple agrícola y garantizar que las ganancias sean replicables.

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Equipadas con la maquinaria genética para producir una proteína de crecimiento humano, las plantas de papa pueden producir tubérculos más gruesos (derecha). La barra de escala denota 4 pulgadas. (Qiong Yu y col.)

“Creemos que esta es una muy buena estrategia para modificar nuestros cultivos”, dice el autor del estudio Guifang Jia, biólogo-químico de la Universidad de Pekín en Beijing, China. Pero admite que «este artículo es un estudio inicial». Quiere realizar muchas más pruebas de seguimiento, incluidas evaluaciones de seguridad, antes de que los productos prodigiosos del equipo puedan terminar en las mesas de los consumidores cotidianos.

La proteína responsable del extraordinario crecimiento de las plantas es la proteína asociada a la obesidad y grasa humana llamada FTO. Si bien su gen asociado tiene una mala reputación por aumentar el riesgo de obesidad, los investigadores informaron anteriormente que la proteína es importante para regular el crecimiento en humanos y otros mamíferos. Según los investigadores, FTO modifica químicamente las hebras de ARN, que son recetas genéticas breves para proteínas individuales copiadas directamente del «libro de jugadas» del ADN. Esta modificación obliga al ARN a producir la proteína que codifica. Esencialmente, FTO actúa como un interruptor maestro de «encendido» que aumenta la producción generalizada de proteínas en múltiples cadenas de ARN.

Varios autores del estudio habían pasado una década comprendiendo el papel de la FTO en los seres humanos. Los investigadores se preguntaron qué pasaría si esta proteína promotora del crecimiento dirigida al ARN llegara a las plantas.

“Fue realmente una idea audaz y extraña”, dice el autor del estudio, Chuan He, químico de la Universidad de Chicago. El cuerpo humano produce decenas de miles de proteínas, y la primera que su grupo probó en plantas fue FTO. «Para ser honesto, probablemente esperábamos algunos efectos catastróficos».

Las plantas no tienen una proteína equivalente a FTO, dice He. El químico sospecha que las plantas generalmente mantienen el crecimiento bajo estricta rienda para evitar que una molécula por sí sola cause estragos en la fisiología de una planta. Pero frente a una proteína extraña, dice que las plantas carecen de controles y equilibrios para atenuar las consecuencias, sean las que sean. Para sorpresa de los investigadores, FTO no mata ni paraliza la planta. En cambio, obliga a las plantas a hacer exactamente lo contrario: crecer.

«[FTO] entra, y no hay restricciones sobre dónde puede acceder», dice He. «Es una bomba».

Los investigadores implantaron el gen humano FTO en los genomas de los cultivos de arroz, lo que permitió que los mecanismos de proteínas de las plantas se hicieran cargo y produjeran esta molécula humana por sí mismos. En el invernadero, los cultivos genéticamente modificados produjeron tres veces más arroz que las plantas sin cortar. Cultivadas en los campos de Beijing, las plantas de arroz eran un 50% más pesadas y productivas. La misma modificación genética también aumentó el tamaño de los tubérculos de las plantas de papa. Las plantas enriquecidas con FTO también desarrollaron raíces más largas, mostraron niveles más altos de fotosíntesis y fueron más resistentes a las sequías.

Cada tipo de planta que modificaron los investigadores, incluidos el césped y los árboles, creció más rápido y más grande. “Este fenotipo [rasgo] está constantemente en cualquier planta que diseñamos”, dice Jia.

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Las plantas de arroz equipadas con FTO, como se muestra a la derecha, producen cosechas más abundantes. La barra de escala denota cuatro pulgadas. (Qiong Yu et.al.)

El crecimiento de las plantas es complicado, genéticamente hablando, simplemente no hay un solo gen que modificar. Los incrementos porcentuales enormes del estudio son asombrosos, casi increíble, y otros investigadores de plantas recomiendan precaución antes de hacerse ilusiones y atribuir más poder a la proteína.

«Lo que es inusual acerca de la estrategia adoptada en este estudio es que no hay razón para esperar que hubiera tenido éxito», dice Donald Ort, biólogo de plantas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign que no participó en el estudio. La ciencia generalmente avanza basándose en teorías bien entendidas, dice Ort. Pero los autores del estudio parecían haber intentado en la oscuridad y encontrado oro. «Supongo que estaban bastante sorprendidos», dice.

Los notables aumentos porcentuales en el rendimiento del estudio son mucho más altos que los puntos porcentuales que otros investigadores suelen exprimir, dice Robert Sablowski, biólogo de plantas del Centro John Innes en el Reino Unido que no participó en el estudio.

“El rendimiento final de un cultivo es genéticamente un rasgo muy complejo”, dice. Las plantas cambian constantemente sus prioridades entre aumentar su volumen o reforzar sus defensas contra enfermedades y períodos de condiciones de crecimiento desfavorables. El entorno de una planta suele tener una gran influencia en la determinación del rendimiento final, pero el resultado del estudio parece anular la mayoría de estas influencias. «Debido a todos estos compromisos, es muy inusual leer un informe de un aumento de rendimiento muy alto con un simple cambio genético», agrega Sablowski. «Pero es posible». Dice que le gustaría ver los resultados replicados en diferentes tipos de condiciones ambientales y comprender mejor cómo la proteína FTO humana altera el funcionamiento interno cuidadosamente calibrado de una planta.

Solo en números absolutos, las plantas de papa y arroz modificadas con FTO reportadas en el estudio tienen rendimientos más bajos que las variedades comerciales, dice Ort. Solo si el mismo truco de FTO aumenta la productividad de estas cepas que ya son de alto rendimiento, entonces eso sería un verdadero avance. “La importancia potencial de esto para la agricultura aún está por demostrarse”, dice Ort.

Tanto Ort como Sablowski son cautelosamente optimistas, porque el camino a seguir es claro: repita los experimentos en otros lugares y con las mejores variedades de cultivos que la humanidad tiene para ofrecer.

Jia y He ya están en la persecución, están trabajando con los agricultores y sondeando más profundamente los mecanismos genéticos. Pero estos experimentos llevarán tiempo, dice Jia. Su equipo perdió una temporada de crecimiento debido a los cierres de laboratorio del año pasado debido a la pandemia. Ella estima que su equipo necesitará varios años para recolectar suficientes semillas del puñado de padres modificados genéticamente para sembrar campos enteros con su progenie.

El equipo también está experimentando con otras proteínas no vegetales. Hasta ahora, han probado con otro candidato, pero no vieron los mismos aumentos en el rendimiento de los cultivos que el producido por la proteína FTO. «Sospecho que probablemente no funcionará», dice He sobre otras proteínas. Las vías reguladoras de las plantas suelen ser sólidas; No es común que los científicos encuentren un error en su código que provoque un caos biológico. «Creo que FTO es muy especial», dice He.

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