Una fotosíntesis más eficiente para plantas altamente productivas
Al igual que todos los seres vivos de la Tierra, las plantas disponen justo de lo que necesitan para sobrevivir. Ni más, ni menos. Esto se aplica tanto al espinoso cactus, que se protege de los animales sedientos, como a la fotosíntesis. Dado que la mayoría de las plantas utilizan la clorofila para recoger la abundante luz roja, suelen emplear poco o nada otras longitudes de onda, simplemente porque no las necesitan. Esta sencilla observación, junto con la curiosidad que sintió en la escuela al descubrir que toda nuestra comida y energía procede en cierta medida de la fotosíntesis, llevó al doctor Daniel Canniffe a dedicar su carrera a los misterios de la fotosíntesis. Al principio, se centró en las rutas de la biosíntesis de pigmentos, que incluyen la clorofila, el grupo hemo y los carotenoides, y después decidió intentar crear nuevos pigmentos inexistentes en la naturaleza. Su objetivo era ampliar la variedad de longitudes de onda disponibles para la fotosíntesis. «Los organismos que llevan a cabo fotosíntesis oxigénica utilizan dos “fotosistemas” complejos de proteínas-pigmentos en serie, pero estos recogen las mismas longitudes de onda de luz», explica el doctor Canniffe, que contó con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie. «Si pudiéramos modificar uno de los dos fotosistemas para que recogiese un rango diferente del espectro solar, dejarían de competir por los mismos fotones y prácticamente se duplicaría la eficacia de la recogida de luz». Teniendo en cuenta que al aumentar la recogida de luz mejora el rendimiento, este logro podría contribuir a satisfacer la necesidad mundial de duplicar el rendimiento de las cosechas para 2050, cuando habrá 9 000 millones de bocas que alimentar. El proyecto EngiNear-IR avanzó considerablemente en este sentido. Basándose en la exitosa ingeniería de biosíntesis de fotopigmentos en un hospedador bacteriano del doctor Canniffe, el proyecto se propuso incorporar estos pigmentos en los centros de reacción de las plantas para crear nuevos fotosistemas capaces de recoger las regiones de infrarrojos cercanos del espectro solar. «Ya hemos resuelto, hasta obtener una resolución muy elevada, las estructuras de los centros de reacción de diferentes tipos de organismos fotosintéticos. Esto nos permitió predecir lo fácilmente que encajarían diferentes pigmentos en las cavidades de proteínas llenas de los pigmentos nativos. Entonces, fue posible rediseñar de forma racional estas proteínas, mediante la sustitución de los aminoácidos, para que las nuevas cavidades adquiriesen la forma y el tamaño adecuados. A continuación, el ADN que codificará esta proteína rediseñada se puede modificar en laboratorio o incluso encargarse directamente a una empresa que pueda sintetizar ADN. Esto se puede introducir directamente en nuestros “dispositivos de fotosíntesis” bacterianos modelo», comenta entusiasmado el doctor Canniffe. Entre otras cosas, el doctor Canniffe participó en el descubrimiento de la enzima responsable de la formación de clorofila f —el pigmento que permite que se produzca la fotosíntesis oxigénica en la luz roja lejana— fuera del rango visible del espectro. Asimismo, formó parte del equipo que resolvió la estructura del centro de reacción de un organismo que utiliza radiación de infrarrojos cercanos con una longitud de onda superior a 1 000 nm. Se trata del sistema «desplazado hacia el rojo» más extremo que se ha descubierto en la naturaleza, hasta el punto de que puede considerarse que recoge calor en lugar de luz. Finalmente, la investigación de EngiNear-IR podría dar lugar a nuevos organismos para aplicaciones biotecnológicas. «Las bacterias que puedan recoger más luz podrían ser capaces de eliminar más dióxido de carbono de la atmósfera. Podrían emplear ese carbono fijado para desarrollar azúcares, los cuales a su vez servirían para elaborar productos de alto valor como biocarburantes y medicamentos. Además de esto, la mejora de la fotosíntesis en especies vegetales de cultivo podría aumentar los rendimientos de las cosechas y la duración de las temporadas, así como permitir la agricultura más cerca de los polos», explica el doctor Canniffe. Aunque el proyecto finalizó en noviembre de 2018, el doctor Canniffe asegura que sus colaboradores y él todavía tienen emocionantes resultados que publicar.
Palabras clave
EngiNear-IR, planta, fotosíntesis, clorofila f, eficiencia, ingeniería, infrarrojo, luz, pigmentos
