Una estrategia «creativa» para mantener sanos a los cultivos, toma prestados del sistema inmunitario animal los principales detectores de patógenos. El nuevo enfoque, probado en laboratorio, permite crear genes de resistencia a medida y seguir el ritmo de un patógeno vegetal.
Science / 2 de marzo, 2023.- El COVID-19 ha dado a mucha gente un trágico curso acelerado sobre la importancia de los anticuerpos, proteínas dirigidas contra patógenos producidas por los sofisticados sistemas inmunitarios de humanos y otros animales. Ahora, investigadores de un instituto de investigación vegetal del Reino Unido han encontrado una forma de dotar a las plantas de una defensa basada en anticuerpos para una amenaza específica, lo que podría acelerar la creación de cultivos resistentes a cualquier tipo de virus, bacteria u hongo emergente.
«Es un enfoque realmente creativo y audaz», afirma Jeff Dangl, inmunólogo vegetal de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill. Roger Innes, genetista de plantas de la Universidad de Indiana, Bloomington, añade: «Esto sería mucho, mucho más rápido que el fitomejoramiento estándar y esperemos que mucho más eficaz».
La estrategia consiste en inocular a una alpaca, u otro pariente del camello, una proteína del patógeno vegetal que se quiere combatir, purificar los anticuerpos inusualmente pequeños que producen y diseñar el segmento genético correspondiente para introducirlos en el propio gen inmunitario de la planta. En una prueba de concepto descrita hoy en Science, este método dotó a una especie vegetal modelo de inmunidad contra una versión modificada de un virus que infecta a las papas y otros cultivos afines.
Los agricultores pierden cada año miles de millones de dólares por las enfermedades de las plantas, y los patógenos emergentes plantean nuevas amenazas a la seguridad alimentaria en los países en desarrollo. Las plantas han desarrollado su propio sistema inmunitario multifacético, impulsado por receptores celulares que reconocen características generales de los patógenos, como la pared celular bacteriana, así como receptores intracelulares para moléculas secretadas por patógenos específicos. Si una célula vegetal detecta estas moléculas, puede desencadenar su propia muerte para salvar al resto de la planta. Pero los patógenos de las plantas evolucionan a menudo y eluden esos receptores.
Un viejo sueño de la biotecnología vegetal es crear y diseñar genes resistentes a las enfermedades que puedan producirse tan rápido como surjan los patógenos. Un método consiste en editar el gen de un receptor inmunitario de la planta, alterando la forma de la proteína para que reconozca una molécula patógena concreta. Esto requiere un conocimiento específico tanto del receptor como de su diana en el patógeno.
En su lugar, Sophien Kamoun, biólogo molecular del Laboratorio Sainsbury, y sus colegas utilizaron un sistema inmunitario animal para ayudar a modificar el receptor. Durante una infección con un nuevo patógeno, los animales producen miles de millones de anticuerpos sutilmente diferentes, seleccionando y produciendo en masa los que mejor atacan al invasor.
Los camélidos, que incluyen alpacas, camellos y llamas, son caballos de batalla para el diseño de anticuerpos porque sus sistemas inmunitarios crean versiones compactas, llamadas nanocuerpos, codificadas por genes pequeños. Como prueba de principio de la nueva estrategia de defensa vegetal, el grupo de Kamoun recurrió a dos nanocuerpos estándar de camélidos que no reconocen proteínas patógenas, sino dos moléculas fluorescentes diferentes, entre ellas una llamada proteína verde fluorescente (GFP). El equipo eligió estos nanocuerpos para detectar virus de prueba, en este caso un virus de la papa, diseñado para fabricar las proteínas fluorescentes.
Jiorgos Kourelis, postdoctorando en el laboratorio de Kamoun, unió por primera vez el gen del nanocuerpo dirigido a la GFP al gen de un receptor inmunitario intracelular del pariente del tabaco Nicotiana benthamiana. En una demostración posterior, repitió la hazaña con el gen del nanocuerpo que reconoce la otra proteína brillante. Hicieron falta varios intentos y ajustes para crear plantas que no dieran respuestas autoinmunes debido a los receptores modificados, que habrían impedido el crecimiento y perjudicado la fertilidad.
A continuación, Clémence Marchal, también postdoctorada en el laboratorio de Kamoun, investigó la capacidad de las plantas con receptores mejorados con nanocuerpos para detectar los virus de la papa alterados. Marchal descubrió que las plantas montaban una vigorosa respuesta inmunitaria -las manchas de células que se autodestruían eran visibles a simple vista- y casi no experimentaban replicación vírica, mientras que las hojas de las plantas de control sufrían la infección.
Los fitomejoradores suelen «apilar» genes de resistencia en las variedades vegetales para añadir protección contra varias enfermedades a la vez. En el experimento del equipo, las plantas con genes para ambos tipos de nanocuerpos estaban protegidas contra ambos virus. «Lo emocionante de esta tecnología es que tenemos la posibilidad de crear genes de resistencia a medida y seguir el ritmo de un patógeno», afirma Kamoun.
Desde entonces, el grupo ha diseñado un cultivo que produce nanocuerpos que detectan moléculas patógenas reales, aunque Kamoun declina identificar la planta antes de que el equipo haya comprobado si resiste el ataque de los patógenos. El laboratorio Sainsbury ha presentado solicitudes de patente en todo el mundo sobre esta estrategia, incluso en Europa, donde la oposición pública a la ingeniería genética hace improbable su comercialización a corto plazo. Pero Kamoun afirma que hay interés comercial en otros lugares.
Dangl y otros son optimistas respecto a la eficacia de los nanocuerpos en los cultivos. «Esta tecnología puede cambiar las reglas del juego», afirma. Ksenia Krasileva, genetista de la Universidad de California en Berkeley, afirma que la fusión de los nanocuerpos con los receptores inmunitarios de las plantas abre a los científicos un vasto acervo de conocimientos biomédicos. «Ahora podemos aprovechar toda esa investigación y trasladarla para salvar cultivos. Aquí tenemos un punto de fusión perfecto».