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Diseñando la resistencia a enfermedades en plantas copiando el sistema inmunitario de alpacas

Foto: En comparación con la hoja normal (izquierda) de un pariente del tabaco, una hoja modificada (derecha) para fabricar un receptor similar a un anticuerpo se defiende de un virus experimental. Crédito: ANDRÉS POSBEYIKIAN/SAINSBURY LABORATORY

Una estrategia “creativa” para mantener sanos a los cultivos, toma prestados del sistema inmunitario animal los principales detectores de patógenos. El nuevo enfoque, probado en laboratorio, permite crear genes de resistencia a medida y seguir el ritmo de un patógeno vegetal.

Nature Reviews Bioengineering / 31 de marzo, 2023.-  Las enfermedades y epidemias de las plantas son una gran amenaza para la seguridad alimentaria mundial. Para generar una respuesta inmunitaria contra los patógenos, las plantas dependen de los receptores inmunitarios innatos en lugar de un sistema inmunitario adaptativo, como los animales y los humanos.

El sistema inmunitario de las plantas se puede adaptar exógenamente modificando los componentes naturales a través de la mutagénesis del receptor o el cambio de dominio, lo que puede no ser fácil de identificar y requiere un conocimiento detallado de la enfermedad y el mecanismo de resistencia del huésped. Además, tales métodos son costosos y consumen mucho tiempo, con una durabilidad y adaptabilidad inciertas frente a diferentes patógenos y plagas.

[Recomendado: Anticuerpos derivados de la alpaca podrían proteger a las plantas contra enfermedades]

Ahora, escribiendo en Science, Sophien Kamoun y su equipo, inspirados en el sistema inmunitario adaptativo de los animales, crearon receptores inmunitarios sintéticos biodiseñados, llamados Pikobodies («picocuerpos»), para conferir resistencia a las enfermedades de las plantas.  Específicamente, los investigadores modificaron los receptores inmunes repetidos (NLR) ricos en leucina que se unen a nucleótidos, en este caso, el par Pik-1 y Pik-2 del arroz, intercambiando su dominio integrado asociado a metales pesados (HMA) con fragmentos de anticuerpos monocatenarios de animales camélidos que se unen a la proteína fluorescente verde (GFP) o mCherry, produciendo así una respuesta inmunitaria.

«Los pikobodies se pueden fusionar con las plantas para dotarlas de un sistema inmunitario ‘pseudoadaptativo'», explica Jiorgos Kourelis, uno de los coautores del artículo. “Nuestra estrategia se distingue de otros métodos por su rápido proceso de descubrimiento y la posible durabilidad de la resistencia resultante”, continúa Kourelis.

En principio, solo requiere la secuencia del genoma del patógeno, que es relativamente rápido y económico de obtener en comparación con los métodos convencionales para identificar la variación natural en especies seleccionadas”, agrega Kourelis.

Luego se pueden predecir los factores de virulencia potenciales y se pueden identificar e integrar nanocuerpos de unión específica, un proceso que es considerablemente más rápido que identificar variaciones naturales. Además, la velocidad de este enfoque podría permitir el diseño simultáneo de múltiples receptores, que luego pueden «apilarse» para lograr una resistencia más duradera a las enfermedades en las plantas.

No obstante, los Pikobodies, al igual que cualquier otro método que se base en la inmunidad mediada por NLR, requiere que las proteínas patógenas se transloquen dentro de la célula vegetal en la fase correcta de infección para garantizar el reconocimiento. Sin embargo, debido a que, en principio, pueden diseñarse para unirse a cualquier antígeno, los Pikobodies podrían otorgar resistencia personalizada contra cualquier patógeno o plaga que entregue agentes dentro de las células de la planta huésped.

El equipo ahora tiene como objetivo la bioingeniería de Pikobodies que se dirigen a las principales moléculas de patógenos de cultivos y prueban su capacidad para conferir inmunidad. “Actualmente estamos pasando de la prueba de principio a la prueba de aplicación con Pikobodies”, dice Kourelis. “El objetivo es generar nanocuerpos contra factores de virulencia de patógenos para generar cultivos resistentes a enfermedades”.

Si tiene éxito, este enfoque podría proporcionar una forma rápida, económica, específica, duradera y adaptable de proporcionar resistencia a los patógenos a las especies de cultivos susceptibles.

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