LECTURAS DE VERANO: LAS PETUNIAS LUMINOSAS YA ESTÁN AQUÍ

 

Un túnel iluminado con petunias bioluminiscentes en los viveros de la empresa Light Bio en Idaho. 

Una petunia modificada emite un brillo verde continuo gracias a los genes de un hongo bioluminiscente. La planta acaba de aparecer por primera vez en el mercado de las floristerías de Estados Unidos.

En el Jardín Botánico de Denver preparaban el pasado mes de julio un parterre para recibir a los centenares de petunias bioluminiscentes “Firefly” que iluminarán las noches del jardín. Imagino que lo mismo estaban haciendo en otros jardines botánicos norteamericanos para cobijar algunas de las 50.000 plantas que la empresa de biotecnología Light Bio, con sede en Idaho, distribuyó por Estados Unidos en abril.

Imagino también que los jardines botánicos pagarán un precio más reducido que los más de 50 dólares por tiesto que cobran al común de los mortales. Por cierto, todo el stock de petunias luminosas de 2024 está ya agotado, pero en la web de la empresa ya pueden hacerse las reservas para la temporada de 2025.

A diferencia de la fluorescencia, que requiere una fuente luminosa que alimente al objeto que luego la emitirá, la bioluminiscencia de la petunia aparece sin necesidad de ningún tipo de luz en particular o alimento especial. Eso diferencia a la planta de otras criaturas brillantes que ya están en el mercado, los peces de acuario GloFish. Estos peces de acuario, disponibles en muchas especies y colores, incluidos los “tetraverde eléctrico”, emiten fluorescencia cuando se iluminan con luz ultravioleta.

El secreto de la petunia “Firefly” es que ha incorporado a su genoma genes de hongos bioluminiscentes que la hacen brillar constantemente. Como conté en estos artículos (1, 2), la bioluminiscencia es la emisión de luz por parte de los seres vivos, que se genera por una reacción química dentro del organismo. El fenómeno está muy extendido, especialmente en los océanos: hay bacterias, caracoles marinos, camarones, peces y calamares que brillan. Entre los organismos terrestres bioluminiscentes se encuentran algunos hongos, que han sido los donantes de los genes trasplantados en el laboratorio a las petunias.

A principios del siglo XXI, los científicos descubrieron los compuestos químicos precisos que intervienen en la reacción que produce la luz en un puñado de organismos bioluminiscentes, que en general son los mismos: se necesita combustible, oxígeno y un catalizador para que la reacción se ponga en marcha.

En la jerga de la investigación sobre bioluminiscencia, el combustible se llama luciferina y el catalizador, luciferasa. La enzima luciferasa ayuda a añadir oxígeno al combustible, transformándolo en un compuesto muy reactivo y de alta energía. Cuando esta luciferina sobreexcitada se relaja, emite luz.

De los hongos a las petunias

Keith Wood, director ejecutivo y cofundador de Light Bio, ha estado trabajando en plantas bioluminiscentes desde la década de 1980. En 1986, él y sus colegas publicaron que habían creado la primera planta bioluminiscente, un tipo de tabaco (Nicotiana tabacum) en el que insertaron el gen de la luciferasa de las luciérnagas (Photinus pyralis). En ese momento, el objetivo era aprender sobre los conceptos básicos de la expresión génica. La investigación condujo a lograr que cuando se active un gen particular de interés, el gen de la luciferasa también lo haga, y la planta se ilumine.

La misma planta de petunia iluminada (izquierda) y en condiciones de oscuridad (derecha).

 

Después de la publicación de Wood, varias empresas de nueva creación intentaron hacer las plantas con fines decorativos. Pero las plantas brillaban débilmente y necesitaban un alimento especial para alimentar su reacción química emisora de luz. Un descubrimiento clave en la creación de la petunia luminosa fue el descubrimiento la fuente del combustible de la luciferina en los hongos.

Está hecho de un compuesto precursor llamado ácido cafeico que es común en hongos y plantas. La secuencia para producir luz forma un ciclo que se retroalimenta: el ácido cafeico se convierte en el combustible hispidina (la luciferina de los hongos), cuya combustión acelerada por la luciferasa emite luz y el compuesto residual se convierte nuevamente en ácido cafeico, reiniciando el bucle.

La bióloga rusa Karen Sarkisyan dirigió el minucioso trabajo de clasificación de los diversos genes implicados en la reacción de emisión de luz en hongos. Una vez identificados los genes responsables en el hongo bioluminiscente Neonothopanus nambi los introdujeron en una planta de tabaco, una planta de la misma familia que las petunias.

Después de algunos ingeniosos experimentos genéticos, los científicos lograron diseñar con éxito varios tipos de plantas para que brillaran utilizando genes de hongos: Arabidopsis thaliana (arriba a la izquierda), un crisantemo (arriba en el medio), un álamo (arriba a la derecha), una petunia (centro y abajo a la izquierda), Nicotiana benthamiana (abajo en el medio) y Nicotiana tabacum (abajo a la derecha). Foto. 

Gracias a la incorporación mediante manipulación en el laboratorio de un grupo de genes del hongo bioluminiscente en el genoma de la petunia la planta comenzó a emitir luz. El hongo alimenta su reacción emisora de luz utilizando como combustible el ácido cafeico, una molécula que también producen las plantas terrestres.

Al insertar los genes del hongo en la petunia, los investigadores hicieron posible que la planta produjera enzimas que pueden convertir el ácido cafeico en la molécula emisora de luz luciferina para luego reciclarla nuevamente en ácido cafeico, lo que permite una bioluminiscencia sostenida.

El experimento funcionó: los brotes, los capullos, las flores e incluso las raíces brillaron. La conclusión evidente era que las plantas y los hongos hablan un lenguaje bioquímico similar, y como hablan ese lenguaje bioquímico similar, fue relativamente fácil traducir la ruta metabólica del hongo a la planta.

Con un poco más de manipulación genética, Sarkisyan y sus colaboradores lograron que otras plantas brillaran. En septiembre de 2023, el Departamento de Agricultura de Estados Unidos aprobó la solicitud de Light Bio para fabricar y vender petunias luminosas, tras determinar que las plantas no presentaban riesgos para la luz. Diez meses después, las vi en algunos viveros norteamericanos. 

El tomate morado obtiene su tonalidad al expresar genes de una planta de boca de dragón. Foto: Norfolk Plant Sciences

La petunia brillante llega al mercado estadounidense de la mano de otra planta de su misma familia (las solanáceas), una variedad morada del tomate Solanum lycopersicum, cuyas semillas salieron a la venta a principios de febrero en Estados Unidos, que ha pasado a ser el primer producto alimenticio genéticamente modificado que se comercializa directamente a los agricultores. Los investigadores insertaron genes de una planta de boca de dragón (Antirrhinum majus) en el tomate para conseguir su color y altos niveles de antocianinas, que son antioxidantes.