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Por primera vez, crean plantas que brillan y que podrían iluminar hogares

Las plantas son creadas de manera sostenible y pronto podrían reducir nuestros recibos de electricidad.

Aunque las plantas brillantes pueden parecer un trabajo de ciencia ficción, los investigadores han logrado crear plantas que producen su propia luminiscencia visible, y dicen que las posibilidades de cómo podemos usar estas plantas son infinitas.

Esta semana en Nature Biotechnology , los científicos revelaron que la bioluminiscencia encontrada en algunos hongos es metabólicamente similar a los procesos naturales comunes entre las plantas. Al insertar el ADN obtenido del hongo, los científicos pudieron crear plantas que brillan mucho más que antes.

Los científicos pueden utilizar esta luz biológica para observar el funcionamiento interno de las plantas. A diferencia de otras formas de bioluminiscencia comúnmente utilizadas, como las luciérnagas, los reactivos químicos únicos no son necesarios para mantener la bioluminiscencia de los hongos; en otras palabras, las plantas que contienen el ADN del hongo brillan continuamente durante todo su ciclo de vida, desde las plántulas hasta la madurez.





El avance es similar a un proyecto lanzado por científicos del MIT en 2017, que utilizó infusiones de nanopartículas para convertir la energía almacenada de la planta en luz, aunque el brillo solo duró aproximadamente cuatro horas seguidas. Más tarde, los investigadores utilizaron sus plantas brillantes para una exhibición de arte que explora las posibilidades de integrar las plantas en la arquitectura ecológica moderna.

“La iluminación en este momento consume una gran parte de nuestra demanda de energía, llegando a cerca del 20% de nuestro consumo mundial de energía, generando dos gigatoneladas de dióxido de carbono por año”, dice Michael Strano, profesor de Ingeniería Química de Carbon P. Dubbs en el MIT. “Considera que las plantas reemplazan más que solo la lámpara de tu escritorio. Hay una enorme huella de energía que podría ser reemplazada por la planta emisora de luz”.





Las plantas descritas en el descubrimiento de esta semana también se pueden usar con fines prácticos y estéticos, especialmente para crear flores brillantes y otras plantas ornamentales, y aunque reemplazar las luces de la calle con árboles brillantes puede resultar fantástico, las plantas producen un agradable aura verde que emana de su energía viva.

Según los autores, las plantas pueden producir más de mil millones de fotones por minuto.

El informe en Nature Biotechnology fue escrito por 27 científicos, liderados por los Dres. Karen Sarkisyan e Ilia Yampolsky. La investigación se llevó a cabo principalmente a través de una colaboración entre Planta, una startup de biotecnología en Moscú, el Instituto de Química Bioorgánica de la Academia de Ciencias de Rusia, el Instituto de Ciencias Médicas de Londres MRC y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria.

Light Bio es una nueva compañía que planea comercializar esta novedosa tecnología en plantas ornamentales en asociación con Planta. El CEO de Light Bio, Dr. Keith Wood, declaró: “Hace treinta años, ayudé a crear la primera planta luminiscente utilizando un gen de las luciérnagas. Estas nuevas plantas pueden producir un brillo mucho más brillante y estable, que está totalmente incorporado en su código genético ”.

Sin embargo, diseñar nuevas características biológicas es más complejo que simplemente mover partes genéticas de un organismo a otro. Al igual que los engranajes de un reloj, las partes recién agregadas deben integrarse metabólicamente dentro del host. Para la mayoría de los organismos, no se conocen todas las partes necesarias para la bioluminiscencia. Hasta hace poco, una lista completa de piezas solo estaba disponible para la bioluminiscencia bacteriana, pero los intentos anteriores de crear plantas brillantes a partir de estas partes no han funcionado bien, en gran parte porque las partes bacterianas generalmente no funcionan correctamente en organismos más complejos.





Hace poco más de un año, los científicos descubrieron las partes que sostienen la bioluminiscencia en los hongos. Por primera vez, la luz viva de un organismo multicelular avanzado estaba completamente definida.

En el presente informe, los autores revelan que la bioluminiscencia de los hongos funciona particularmente bien en las plantas. Esto les permitió hacer plantas brillantes que son al menos diez veces más brillantes. Usando cámaras y teléfonos inteligentes comunes, se registró iluminación verde proveniente de hojas, tallos, raíces y flores. Además, la producción de luz sostenida se logró sin dañar la salud de las plantas.

Aunque los hongos no están estrechamente relacionados con las plantas, su emisión de luz se centra en una molécula orgánica que también se necesita en las plantas para hacer las paredes celulares. Esta molécula, llamada ácido cafeico, produce luz a través de un ciclo metabólico que involucra cuatro enzimas. Dos enzimas convierten el ácido cafeico en un precursor luminiscente, que luego es oxidado por una tercera enzima para producir un fotón. La última enzima convierte la molécula oxidada nuevamente en ácido cafeico para comenzar el ciclo nuevamente.

En las plantas, el ácido cafeico es un componente básico de la lignina, que ayuda a proporcionar resistencia mecánica a las paredes celulares. Por lo tanto, es parte de la biomasa lignocelulosa de las plantas, que es el recurso renovable más abundante en la Tierra.





Como componente clave del metabolismo de las plantas, el ácido cafeico también es parte integral de muchos otros compuestos esenciales involucrados en colores, fragancias, antioxidantes, etc. A pesar de sus nombres similares, el ácido cafeico no está relacionado con la cafeína.

Al conectar la producción de luz a esta molécula fundamental, el brillo emitido por las plantas proporciona un indicador metabólico interno. Puede revelar el estado fisiológico de las plantas y sus respuestas al medio ambiente. Por ejemplo, el brillo aumenta dramáticamente cuando se coloca una cáscara de plátano madura cerca (que emite etileno). Las partes más jóvenes de las plantas tienden a brillar más intensamente y las flores son particularmente luminosas. Los patrones parpadeantes o las ondas de luz a menudo son visibles, revelando comportamientos activos dentro de las plantas que normalmente estarían ocultos.





En esta investigación publicada, los autores confiaron en las plantas de tabaco debido a su genética simple y su rápido crecimiento, pero los beneficios de la bioluminiscencia de los hongos se ajustan ampliamente a las plantas. La investigación en Planta, y por Arjun Khakhar y sus colegas, ha demostrado la viabilidad de otras plantas brillantes, como el bígaro, la petunia y la rosa.

Te imaginas que en el futuro en lugar de tener bombillas tengamos flores iluminando nuestros hogares.