Convirtiendo plantas en biofábricas de suplementos para la salud humana

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Hemos escuchado, y leído, muchas veces, que las plantas son una enorme fuente de nutrientes, pero que determinadas proteínas sólo pueden ser obtenidas del consumo de carne animal. En lo personal, me ha pasado cuando defendí el consumo de legumbres, por ejemplo Habas de agua dulce, y nutricionistas matriculadas replican que no se acercan, ni un poco, a las proteínas derivadas del consumo de carnes de animales.

Hoy, un artículo señala que es importante comer verduras, pero algunas vitaminas y nutrientes esenciales sólo se encuentran en los animales, incluidos ciertos aminoácidos y péptidos. Sin embargo, en un estudio de prueba de concepto publicado en el Journal of Agricultural and Food Chemistry de la ACS (Sociedad Química de Estados Unidos), investigadores desarrollaron un método para producir creatina, carnosina y taurina (todos nutrientes de origen animal y suplementos habituales para el entrenamiento y el ejercicio físico) directamente de una planta. El sistema permite combinar fácilmente diferentes módulos sintéticos para aumentar la producción.

El paper indica que las plantas pueden ser sorprendentemente receptivas cuando se les pide que produzcan compuestos que no están acostumbradas a producir. Mediante el uso de una bacteria especializada, los científicos han transferido instrucciones de ADN para todo tipo de aminoácidos, péptidos, proteínas u otras moléculas a las células de diferentes plantas. Esta tecnología ayudó a desarrollar variedades de lechuga con componentes peptídicos que, por ejemplo, redujeron la pérdida ósea. Pero cuando se trata de compuestos más complejos, las instrucciones de ADN transferidas podrían alterar el metabolismo natural del huésped lo suficiente como para reducir la producción del producto deseado. Pengxiang Fan y sus colegas querían abordar esta cuestión introduciendo instrucciones en forma de módulos sintéticos que no sólo codificaran el producto deseado, sino también las moléculas utilizadas para construirlo. Esperaban aumentar el rendimiento de tres nutrientes deseados: creatina, carnosina y taurina**.

El equipo puso a prueba los módulos sintéticos intercambiables en Nicotiana benthamiana, una planta similar al tabaco utilizada como organismo modelo en aplicaciones de biología sintética:

El módulo de creatina que contiene los dos genes para la síntesis de creatina resultó en 2,3 microgramos del péptido por gramo de material vegetal.
El péptido de carnosina se produjo utilizando un módulo para carnosina y otro módulo para uno de los dos aminoácidos utilizados para construir el péptido, la β-alanina. Aunque la β-alanina se encuentra de forma natural en N. benthamiana, se encuentra en pequeñas cantidades, por lo que al apilar los módulos juntos se incrementó la producción de carnosina en 3,8 veces.
Sorprendentemente, en el caso de la taurina, el método de doble módulo no tuvo éxito a la hora de crear el aminoácido. En cambio, se produjo una alteración mayor del metabolismo y se produjo poca taurina mientras la planta intentaba volver a la normalidad.

Con los resultados a mano, el equipo de investigadores y la ACS, expresaron que _en general, este trabajo demuestra un marco eficaz para producir algunos de los nutrientes complejos que se encuentran típicamente en los animales en un sistema vegetal vivo. Los investigadores afirman que en trabajos futuros se podría aplicar este método a plantas comestibles (incluidas frutas o verduras, en lugar de sólo verduras de hoja) u otras plantas que podrían actuar como biofábricas para producir estos nutrientes de manera sostenible.

Resumen
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El resumen del paper señala: **La biosíntesis de derivados de aminoácidos de origen animal en plantas representa una frontera prometedora en biología sintética, ofreciendo un enfoque sostenible y ecológico para mejorar el valor nutricional de las dietas basadas en plantas. Este estudio aprovecha las capacidades versátiles de Nicotiana benthamiana como un sistema de expresión transitoria para probar un marco modular sintético para la producción de creatina, carnosina y taurina, compuestos que normalmente están ausentes en las plantas pero que son esenciales para la salud humana. Al diseñar y apilar módulos sintéticos especializados, redirigimos con éxito el flujo metabólico de la planta hacia la síntesis de estos derivados de aminoácidos de origen animal. Nuestros resultados revelaron que la expresión de un módulo de creatina independiente resultó en la producción de 2,3 μg/g de peso fresco de creatina en hojas de N. benthamiana. La integración de dos módulos aumentó significativamente el rendimiento de carnosina en 3,8 veces y minimizó el impacto en el metabolismo de aminoácidos de la planta en comparación con la aplicación de módulos individuales. De manera inesperada, la introducción del módulo de taurina provocó una inhibición similar a la retroalimentación de la biosíntesis de cisteína en las plantas, lo que reveló los complejos ajustes metabólicos que pueden ocurrir cuando se introducen vías extrañas. Nuestros hallazgos subrayan el potencial de emplear plantas como biofábricas para la producción sostenible de nutrientes esenciales de origen animal.

Importante
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El paper Engineering Plant Metabolism for Synthesizing Amino Acid Derivatives of Animal Origin Using a Synthetic Modular Approach, fue publicado hoy, 2 de octubre de 2024, en Journal of Agricultural and Food Chemistry. Los autores son: Lina Jiang, Yifei Gao, Leiqin Han, Wenxuan Zhang, Xiaoyan Xu, Jia Chen, Shan Feng & Pengxiang Fan.
Los autores agradecieron el financiamiento obtenido de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de la provincia de Zhejiang y del Starry Night Science Fund del Instituto de Estudios Avanzados de la Universidad de Zhejiang.
La imagen utilizada aquí, así como el texto tienen copyright de la American Chemical Society.

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