Imagine una fábrica donde cada trabajador no es humano, ni siquiera una máquina, sino una planta. Durante milenios, los humanos han cultivado plantas para obtener alimentos, fibra, piensos y combustible. Pero ¿qué pasaría si, en lugar de cosechar frutas o cereales, pudiéramos cosechar medicamentos? ¿Y si cada célula fuera una pequeña fábrica capaz de producir vacunas, anticuerpos o enzimas a demanda?

La industria farmacéutica depende de moléculas complejas, desde los anticuerpos utilizados en la inmunoterapia contra el cáncer hasta las enzimas empleadas en la producción de alimentos. Sin embargo, producir estas moléculas en grandes cantidades es costoso y requiere muchos recursos. Aquí es donde entran en juego las plantas. Con células que contienen la maquinaria necesaria para ensamblar maquinaria compleja, solo se necesita encontrar la manera de que produzcan las biomoléculas deseadas de forma fiable, a escala industrial y sostenible. En esto han estado trabajando Elena García-Pérez y sus colegas en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas en Valencia, España.

Cómo las bacterias convierten las plantas en productoras de proteínas

Un método inteligente que utilizan los científicos para hacer que las plantas produzcan proteínas específicas se llama agroinfiltraciónA las plantas les gusta Nicotiana benthamiana, pariente del tabaco, se inyecta con una cepa de bacterias genéticamente modificadas. Estas bacterias introducen un segmento de su propio ADN, que contiene genes (tramos de ADN que codifican una proteína), en las células de la planta. La planta, incapaz de distinguir entre su propio ADN y el bacteriano, comienza a producir proteínas siguiendo las instrucciones del ADN bacteriano.

Este mecanismo ocurre en la naturaleza y causa la enfermedad de la agalla de la corona en las plantas. La planta produce proteínas a partir del ADN bacteriano que provocan la división incontrolable de las células vegetales, formando tumores de los que se alimentan las bacterias. En el laboratorio, los científicos han aprovechado este mecanismo para su propio beneficio. Modifican genéticamente las bacterias e intercambian los genes causantes de tumores por un gen de interés, por ejemplo, un anticuerpo, y la planta lo produce en su lugar.

Esta técnica de producción de proteínas ha convertido a las plantas en valiosas aliadas en la denominada agricultura molecular, ayudando a suministrar proteínas para la medicina y la industria. Es mucho más fácil conseguir que las plantas produzcan las proteínas para nosotros que crearlas desde cero. Sin embargo, existen limitaciones. El ADN bacteriano no se integra en el genoma de la planta, sino que flota en la célula, se descompone y finalmente desaparece. Esto significa que la proteína solo se produce durante un corto periodo de tiempo. Además, la cantidad de proteína depende de la cantidad de ADN bacteriano que absorben las células vegetales, que varía entre plantas. Esto provoca grandes variaciones en la cantidad de proteína producida de un lote a otro, una inconsistencia que constituye un obstáculo importante para la producción eficiente y sostenible de proteínas y limita el uso de la agroinfiltración en la fabricación a gran escala.

CuBe: una forma más inteligente de cultivar proteínas

Para abordar estos problemas, los investigadores han recurrido a otro invasor de plantas: los virus. En concreto, han aprovechado el mecanismo de infección del virus del enanismo amarillo del frijol, un virus con un ingenioso mecanismo de autocopia. Cuando estos virus infectan las plantas e inyectan su ADN en las células vegetales, este no solo flota en la célula, sino que se integra en el genoma vegetal. De esta manera, puede copiarse repetidamente, asegurando un suministro constante en la célula.

Los científicos diseñaron este sistema en algo llamado CuboCuBe contiene los elementos virales que permiten la integración y autocopia del genoma, junto con el gen de la proteína que se desea producir. Una vez en el genoma, el sistema CuBe se autocopia, aumentando la cantidad de proteína producida por planta y garantizando la misma productividad en todos los lotes. ¡Perfecto para la ampliación!

Pero los investigadores querían ir un paso más allá. No solo querían controlar la cantidad de proteína producida, sino también cuándo. De esta manera, en lugar de que las plantas trabajen arduamente para producir proteínas constantemente, se les activa para que las produzcan solo cuando las condiciones son óptimas. Esto es lo que se denomina un "sistema inducible". Modificaron el ADN viral para que la proteína solo se produjera en presencia de iones de cobre, presentes en fertilizantes agrícolas comunes. Estos fertilizantes son económicos y ecológicos, lo que hace que el proceso sea eficaz, económico y sostenible.

Para probar su diseño, García-Pérez y sus colegas introdujeron el sistema CuBe en Nicotiana benthamiana Con el objetivo de producir anticuerpos contra el SARS-CoV-2, el virus responsable de la COVID-19. A los cinco minutos de ser tratadas con cobre, las plantas ya producían anticuerpos. Se mostraron especialmente satisfechos con el éxito del uso del cobre como desencadenante para las plantas y plantearon la hipótesis de que su eficacia podría deberse a: “la larga estabilidad y persistencia de los iones metálicos Cu en los tejidos vegetales, en contraste con otras moléculas de señalización altamente volátiles y/o más propensas a la degradación (orgánicas)”.

¿Por qué esto importa?

En el mundo actual, es vital que desarrollemos sistemas de producción de proteínas eficientes y sostenibles: para estar preparados ante pandemias, brindar acceso global a medicamentos y satisfacer la demanda de biomoléculas asequibles. En este sentido, observamos que se está invirtiendo mucho en el desarrollo de la agricultura molecular como una solución ecológica y escalable. Esperemos que algún día las plantas no solo sirvan como cultivos alimentarios, sino también como pequeñas fábricas vivientes.

LEE EL ARTÍCULO:

Garcia-Perez, E., Vazquez-Vilar, M., Lozano-Duran, R., & Orzaez, D. (2025). CuBe: un sistema de expresión regulado por cobre basado en geminivirus adecuado para la activación poscosecha. Revista de Biotecnología Vegetal, 23(1), 141-155. https://doi.org/10.1111/pbi.14485

Sobre la autora:

Olivia se graduó recientemente de la Universidad de Oxford con un Máster integrado en Biología. En su último año, se especializó en biología celular vegetal y desarrolló un gran interés por el sistema endomembranoso de las plantas. Está entusiasmada por comenzar su doctorado en Oxford Brookes este otoño.

Imagen de portada: Nicotiana benthamiana by Geoff Byrne / iNaturalist CC-BY-NC