Ingenieros de la Universidad de Washington han desarrollado especies de pastos (o hierbas) transgénicas que pueden eliminar RDX, compuesto tóxico ampliamente utilizado en explosivos que contaminan bases militares, campos de batalla y algunos pozos de agua potable.
En los campos militares de entrenamiento en fuego vivo, las tropas practican el disparo con proyectiles de artillería, lanzan bombas sobre tanques antiguos o edificios abandonados y prueban la capacidad de nuevas armas.
Pero esos explosivos y municiones dejan atrás compuestos tóxicos que han contaminado millones de acres de bases militares estadounidenses – con un proyecto de ley de limpieza estimado que oscila entre los 16.000 millones y 165.000 millones de dólares.
En un artículo publicado el 16 de noviembre en Plant Biotechnology Journal, los investigadores de la Universidad de Washington y la Universidad de York describen nuevas variedades de pastos transgénicos que pueden neutralizar y erradicar RDX, un compuesto tóxico que ha sido ampliamente utilizado en explosivos desde la Segunda Guerra Mundial.
Los ingenieros de la UW introdujeron dos genes de bacterias (que aprendieron a comer RDX y lo descomponen en componentes inocuos) en dos especies de hierba perenne: Panicum virgatum y Agrostis stolonifera. Las cepas con mejor desempeño eliminaron todo el RDX de un suelo simulado en el que se cultivaron en menos de dos semanas y no retenían ninguno de los productos químicos tóxicos en sus hojas o tallos.
Es la primera demostración reportada de hierbas genéticamente transformadas para aumentar su capacidad de eliminar la contaminación del medio ambiente. Las gramíneas son plantas abundantes, de rápido crecimiento y de bajo mantenimiento que ofrecen ventajas prácticas sobre otras especies en situaciones de limpieza en el mundo real.
«Esta es una forma sostenible y asequible para eliminar y destruir los contaminantes en estos rangos de entrenamiento», dijo Stuart Strand, autor principal y profesor de ingeniería civil y ambiental de la UW, cuyo laboratorio se centra en la toma de genes de microorganismos y animales que son capaces de degradar compuestos tóxicos e insertarlos en plantas útiles.
«Las hierbas podrían plantarse en los campos de entrenamiento, crecer por sí solas y requerir poco o ningún mantenimiento. Cuando una partícula tóxica de las municiones aterriza en un área objetivo, sus raíces tomarían el RDX y lo degradan antes de que llegue a las aguas subterráneas», dijo Strand.
RDX es un compuesto orgánico que forma la base de muchos explosivos militares comunes, que pueden permanecer en el medio ambiente, y en municiones sin explotar o parcialmente explotadas. En dosis suficientemente grandes, se ha demostrado que causa convulsiones y daños en los órganos, y actualmente es catalogado por la Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades como un posible carcinógeno humano.
A diferencia de otros componentes tóxicos de los explosivos tales como TNT (que se une a los suelos y tiende para permanecer allí) RDX se disuelve fácilmente en agua y es más propenso a extender la contaminación más allá de los límites de un área militar, industria militar o campo de batalla.
«Las partículas se dispersan y luego llueve», dijo Strand. «Entonces el RDX se disuelve en el agua de lluvia a medida que se mueve hacia abajo a través del suelo y termina en las aguas subterráneas y, en algunos casos, fluye desde la base y termina en los pozos de agua potable».
Las especies de hierba silvestre que eliminan la contaminación de RDX del suelo cuando chupan el agua a través de sus raíces, pero no lo degradan significativamente. Así que cuando las hierbas mueren, el producto químico tóxico se reintroduce en el paisaje.
Los co-autores del estudio, Neil Bruce y Liz Rylott, profesor de biotecnología y científico de investigación, respectivamente, en la Universidad de York, junto a sus colegas habían aislado previamente las enzimas encontradas en las bacterias que evolucionaron para utilizar el nitrógeno encontrado en RDX como fuente de alimento. Ese proceso de digestión tiene el beneficio añadido de degradar el compuesto RDX tóxico en componentes inocuos.
Las bacterias en sí no son una herramienta de limpieza ideal porque requieren otras fuentes de alimentos que no siempre están presentes en los centros de entrenamiento militar. Así que Bruce y Rylott intentaron insertar los genes bacterianos en las especies de plantas que se usan comúnmente en entornos de laboratorio. Estos experimentos demostraron que las nuevas cepas de plantas eran capaces de eliminar la contaminación por RDX con mucho más éxito que sus contrapartes silvestres.
«Considerando la escala mundial de contaminación por explosivos, las plantas son la única solución sostenible y de bajo costo para limpiar estos sitios contaminados», dijo Bruce.
El equipo de ingenieros civiles y medioambientales de la UW trabajó durante ocho años para expresar los mismos genes en especies vegetales que podrían resistir el uso del mundo real. Necesitaban una abundante especie perenne que creciera año tras año y que tuviera fuertes sistemas de raíces que puedan recuperarse después de los incendios.
Las hierbas se ajustan a ese proyecto de ley, pero son más difíciles de manipular genéticamente. En particular, los ingenieros de la UW tuvieron que incorporar en sus construcciones de genes promotores robustos de monocotiledóneas (o regiones de ADN que causan que se exprese un gen particular) para que el proceso funcione en especies de hierba.
«Para limpiar los suelos contaminados, las hierbas funcionan mejor, pero definitivamente no son tan fáciles de transformar, especialmente debido a que los sistemas flexibles para expresar múltiples genes en las hierbas no se han utilizado antes», dijo el primer autor e instructor de la UW Long Zhang.
El equipo de investigación también encontró otro beneficio secundario inesperado: debido a que las gramíneas genéticamente modificadas utilizan el RDX como una fuente de nitrógeno, en realidad crecen más rápido que las especies de hierba silvestre.
Los siguientes pasos para el equipo de investigación de UW incluyen pruebas de campo limitadas en un rango de entrenamiento militar para probar cómo las cepas se desempeñan bajo diferentes condiciones. Un uso más amplio requeriría la aprobación del USDA para asegurar que las modificaciones genéticas no representan una amenaza para las especies de hierba silvestre.
«Creo que sería ecológicamente aceptable porque los genes que introdujimos degradan los contaminantes reales en el medio ambiente y no causan daño», dijo Strand. «Desde mi perspectiva, esta es una tecnología útil que es beneficiosa para el medio ambiente y tiene el potencial de eliminar la peligrosa contaminación heredada por décadas de actividad militar».