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Una startup planea luchar contra el cambio climático con superárboles genéticamente modificados

Madeline Hall, co-fundadora y CEO de Living Carbon. Crédito: LiPo Ching | San Francisco Business Times

Un álamo genéticamente modificado de la empresa emergente Living Carbon podría absorber más de un 50 % extra de carbono que un árbol convencional. En esta entrevista a Yumin Tao, vicepresidente de biotecnología, comenta diversas interrogantes técnicas y comerciales sobre esta innovación forestal.

Interesting Engineering / 21 de abril, 2022.- ¿Está la fotosíntesis tradicional a la altura de la tarea de administrar la enorme cantidad de carbono (aproximadamente 36 mil millones de toneladas por año) que estamos bombeando a la atmósfera? Una startup de biotecnología en California no lo cree así.

Es por eso que los investigadores de Living Carbon han trabajado arduamente manipulando el ADN arbóreo para crear un nuevo tipo de árbol que capture de manera más efectiva el carbono atmosférico y lo retenga durante mucho, mucho tiempo. Y han progresado bastante.

Yumin Tao, vicepresidente de biotecnología de la compañía, lidera el equipo que descubrió cómo agregar algunos genes de zapallos y algas verdes podría potenciar la fotosíntesis, aumentando significativamente la cantidad de carbono que un árbol diseñado puede almacenar en sus tejidos. Interesting Engineering (IE) se sentó con Tao para discutir lo que su equipo ha logrado y cómo podría ayudar a resolver uno de los mayores desafíos de nuestro planeta.

(Esta entrevista ha sido editada por su extensión y claridad).

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IE: ¿Qué intenta hacer el equipo científico de Living Carbon?

Yumin Tao: Nuestra misión es realmente usar biotecnología vegetal de vanguardia para encontrar una solución al cambio climático basada desde la naturaleza.

Utilizamos todo tipo de herramientas para mejorar la extracción de carbono de la atmósfera y secuestrar o fijar el carbono en forma de plantas. También ampliamos la vida del carbono fijo para que no regrese a la atmósfera tan pronto o con tanta frecuencia como lo hace normalmente.

¿Cómo estás diseñando árboles para absorber más carbono?

A escala global, los árboles ya han estado haciendo un trabajo fantástico ayudando a la humanidad a reducir el carbono. En la fotosíntesis, el carbono se convierte en azúcares y nutrientes para su uso posterior por prácticamente todos los organismos vivos.

La base bioquímica de la fotosíntesis depende de una enzima central llamada RuBisCo. La RuBisCo esencialmente toma dióxido de carbono del aire, lo fija y lo convierte en todas las biomoléculas. Sin embargo, RuBisCo también toma oxígeno en lugar de CO2 en una reacción llamada oxigenación que produce un subproducto tóxico llamado glicolato.

¿Cómo influye eso en la capacidad de un árbol para extraer dióxido de carbono de la atmósfera y almacenarlo en sus tejidos?

Las células vegetales deben someterse a un proceso complicado y de alto consumo de energía llamado fotorrespiración para descomponer esos compuestos. Esto no solo desperdicia energía, sino que también pierde una gran cantidad de carbono fijo en forma de CO2, que se libera nuevamente al aire. Es un proceso inútil que muchas plantas hacen.

El enfoque principal para la extracción de carbono es realmente tratar de abordar este problema, tratando de reducir, inhibir o evitar que ocurra la fotorrespiración en las plantas. Por lo tanto, canalizamos esta energía hacia el crecimiento de las plantas.

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¿Cómo haces eso?

Diseñamos un tipo de tecnología bipartita. La primera parte utiliza una tecnología que llamamos ARNi [ARN interferente]. Puede inhibir [o silenciar] la expresión de un transportador glicólico, que es lo que normalmente envía el glicolato fuera del cloroplasto para la fotorrespiración.

La segunda parte es TK. Queremos diseñar un TK para enzimas en el cloroplasto que luego pueda consumir o convertir el glicolato nuevamente en CO2 dentro del cloroplasto. Al usar una combinación de estos dos enfoques, podemos reducir la fotorrespiración.

Cultivo in vitro. Crédito: Living Carbon

¿Cómo afecta al árbol la reducción de la fotorrespiración? ¿Afecta el almacenamiento de carbono a largo plazo?

Esta estrategia produce más biomasa en los árboles. Le da más madera para procesar, pero no aumenta la durabilidad ni aumenta la vida útil del carbono en su forma fija. Estamos muy comprometidos en una serie de proyectos de investigación para encontrar una solución para mantener este carbono fijo en las plantas durante más tiempo. Todavía no puedo hablar mucho sobre esos proyectos.

¿Por qué está utilizando ingeniería genética en lugar de métodos tradicionales de mejoramiento para crear estos árboles?

Los métodos de mejoramiento tradicionales han sido un gran desafío en la industria forestal debido a una serie de factores. El número uno es que el ciclo de vida de los árboles es muy largo en comparación con los cultivos agrícolas. Por lo general, un árbol tardará más de 10 años en florecer y estar listo para reproducirse. El próximo ciclo toma otros 10 años o más.

Número dos, incluso si puedes mejorarlo, la cantidad de mejora es muy limitada. Obtener una mejora del uno por ciento en la productividad es enorme.

En los experimentos que hicimos, por supuesto, fueron experimentos de invernadero, mostramos una mejora de la biomasa de más del 50%, lo que probablemente sea impensable con mejoramiento tradicional.

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Hablemos de ese experimento. Usted y varios colegas compartieron el artículo, que aún no ha sido revisado por pares, con la comunidad científica en febrero. ¿En qué especies de árboles estabas trabajando y por qué?

Álamos. El experimento informado en ese documento sirve como prueba de concepto para la tecnología bipartita. Queríamos utilizar una especie de árbol que fuera fácil de manejar con la tecnología existente y que la comunidad científica ya entendiera bien.

El álamo es una especie modelo para los árboles, y por eso elegimos trabajar con él en primer lugar.

¿Qué es diferente entre tus árboles y los álamos regulares?

El árbol que creamos tiene un ARNi diseñado para apuntar a los transportadores de glicolato y la ingeniería inversa de TK, una vía de derivación de dos enzimas. Así que esa es la única diferencia entre ese y el álamo no diseñado.

Crédito: Living Carbon

¿Qué aprendiste del experimento?

Primero queríamos saber si nuestro diseño fue exitoso. ¿La tecnología reduce la expresión del transportador de glicolato dentro del álamo? Descubrimos que está funcionando a las mil maravillas. Vimos la reducción del transportador de glicolato en el árbol modificado.

También tenemos datos que muestran que la vía de derivación que diseñamos en el árbol también se expresa a un nivel dentro del rango deseado.

¿Eso significa que Living Carbon puede hacer árboles que absorban un 50% más de carbono del aire?

No. Para cada tipo de tecnología de ingeniería genética, hay mucha complejidad. Por ejemplo, ¿dónde se insertan esos genes? ¿Interfieren con el flujo metabólico nativo?

Los llevamos a través de una serie de experimentos. Utilizamos herramientas de medición de la fotosíntesis para medir si los árboles están realizando la fotosíntesis a un ritmo mejorado. Algunos árboles que contienen esencialmente los mismos elementos genéticos tienen diferentes tasas de fotosíntesis debido a las interacciones entre los genes que ponemos y los genes que ocurren naturalmente dentro de las plantas. Te dan una lectura diferente.

Pasamos por un proceso de selección y finalmente descubrimos una serie de plantas que muestran el cambio deseado a nivel molecular y también a nivel fisiológico. Mostraron una fotosíntesis mejorada. Eventualmente, acumularán más biomasa en sus tallos y hojas. Algunos realmente mostraron una mejora en las raíces. Estábamos más que felices de ver todos esos resultados.

¿Está realizando pruebas en el entorno natural?

Nos gustaría asegurarnos de que el rendimiento que observamos en el entorno del invernadero se mantenga en el campo. Para hacer eso, colaboramos con la Universidad Estatal de Oregón para realizar una prueba de campo de nuestros árboles. Actuando como un tercero independiente, los investigadores del estado de Oregón realizarán las pruebas. Cualquier resultado que encuentren será muy, muy informativo y útil.

¿Cuál es la línea de tiempo para ese experimento?

Nuestros árboles se plantaron allí en julio pasado, por lo que han estado creciendo durante menos de un año. Los árboles se ven bien ahora.

Parece desafiante estudiar el efecto a largo plazo de su tecnología en los árboles dado que viven tanto tiempo. ¿Funcionarán estos árboles como se espera dentro de 10, 50 y 100 años?

Sí, no podemos evaluar nuestros árboles dentro de 100 años. Estamos trabajando con agricultores de bosques madereros para plantar nuestros árboles en sus tierras. Algunas de esas ofertas ya están aseguradas.

La prueba de campo con la Universidad Estatal de Oregón es relativamente corta. Va a ser una prueba de cuatro años. Las pruebas de campo con los agricultores serán mucho más largas.

¿Le preocupa el efecto que estos árboles puedan tener en el ecosistema forestal? ¿Tendrán un nuevo efecto en otras plantas, animales u hongos?

Dados los cambios que hicimos en los árboles y el conocimiento previo acumulado por la gran comunidad científica sobre lo que las plantas modificadas le hacen a todo el sistema ecológico, realmente no vemos ningún gran riesgo con el que debamos lidiar en este momento.

Por supuesto, nuestros árboles aún no se han plantado en el ambiente, por lo que puede haber algunas incógnitas. Pero en este momento, no podemos pensar en ninguna.

La susceptibilidad a la infección por hongos es algo que en realidad estamos tratando de encontrar una solución para mejorar. Tenemos la esperanza de que pronto tendremos ese tipo de datos.

Mucha gente ha expresado su preocupación por la liberación de árboles modificados genéticamente en la naturaleza. ¿Cómo puede estar seguro de que los árboles de Living Carbon no tendrán consecuencias graves no deseadas?

No queremos crear algo que sea contraproducente en términos de todo el ecosistema. De hecho, queremos ayudar a preservar el ecosistema actual.

Realmente queremos brindar una solución natural al cambio climático, no algo artificial e independiente que sea solo para nuestro propio beneficio humano. La solución que estamos brindando es realmente para el beneficio de todo el ecosistema.

Creemos que los árboles que hemos creado no tendrán ningún impacto negativo en el ecosistema simplemente porque el rasgo que hemos diseñado consiste esencialmente en recolectar energía del sol. No estamos compitiendo con los animales en el bosque. Si logramos crear este rasgo de resistencia a los hongos, podrías argumentar ‘Oye, evitaste una fuente de alimento para los hongos’. Pero hay muchas plantas en el bosque que pueden proporcionar una fuente de alimento para los hongos, por lo que realmente no vemos eso como un problema. No me puedo imaginar un mundo que simplemente esté plantado con los árboles mejorados con fotosíntesis de Living Carbon. Ese no es el objetivo final para nosotros.

¿Cuál es su objetivo más ambicioso en términos de maximizar la cantidad de carbono que se puede almacenar en un árbol? ¿Existe un límite biológico?

Ese es el objetivo a largo plazo que estamos tratando de lograr en Living Carbon. Queremos aumentar la extracción de carbono y mantener el carbono fijo durante más tiempo, con suerte en una forma permanente que no regrese al medio ambiente en absoluto. Por lo tanto, estamos probando activamente ideas en torno a ese ángulo, para brindar una solución al almacenamiento permanente de carbono. Estamos explorando activamente ideas y conceptos, y ese es un objetivo a largo plazo para la empresa.

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