Resumen (2006, febrero 23)- Un día los humanos estarán en Marte. Y tendrán hambre. Cultivar alimentos en un planeta desierto y helado con una atmósfera sofocantemente fina, sin embargo, será un desafío. Dos científicos de la Universidad del Estado de Carolina del Norte (“North Carolina State University”) esperan que, tomando prestados genes de un par de microbios, uno que vive en el agua hirviente y el otro en el hielo, puedan aplicar la bioingeniería para modificar plantas que puedan crecer en Marte. ¿Descabellado? Un poco. Pero esa es justo la clase de investigación que le gusta financiar al Instituto de Estudios Avanzados de la NASA (“Institute for Advanced Studies”, NIAC por sus siglas en inglés).
por Henry Bortman
El volcán marciano cerca del cráter Gusev, Apollineris Patera, 120 millas al noroeste.
Crédito: NASA/JPL
|
Plantas y animales son formas de vida frágiles. Séquelos, congélelos, expóngalos a altas dosis de radiación, no les va muy bien. Pero no todos los organismos son tan quisquillosos. Muchos
archaea, por ejemplo, se distinguen por su capacidad para adaptarse a una variedad de ambientes extremos. Está en sus genes.
Los archaea son organismos unicelulares. Parecen bacterias bajo el microscopio. Pero genéticamente son tan diferentes a las bacterias como usted. Muchos de ellos son también extremófilos. Se desarrollan bajo condiciones que hasta los años 70 los biólogos pensaban que eran completamente inhóspitas para la vida. ¿Cómo lo hacen? Con una especie de tirita genética. Su ADN produce compuestos químicos (enzimas) que reparan el daño causado a la célula por estrés medioambiental.
Hay muchos medio ambientes duros para la vida aquí en la Tierra. Pero en cuanto a estrés medioambiental, Marte ocupa el mejor puesto. La temperatura media en la superficie marciana es de unos -63º C (-81º F ); la atmósfera es una simple ocurrencia, 100 veces más fina que la terrestre; el planeta está tan seco como un hueso y la superficie se encuentra bañada por dañina radiación ultravioleta.
Algún día los humanos viajarán a Marte. No sólo tendrán que protegerse de las duras condiciones marcianas, también tendrán que proteger los alimentos que cultiven. La solución más obvia sería la de construir invernaderos que ofreciesen condiciones de cultivo como las de la Tierra. Pero eso exigiría un tremendo gasto de las preciosas fuentes de energía. Otra solución sería la de modificar las plantas que creciesen bajo las condiciones marcianas.
Fuente termal en “Angel Terrace”, “Mammoth Hot Springs”, en el Parque Nacional de Yellowstone. La temperatura máxima de la fuente termal es de aproximadamente 74 grados.
Foto cortesía de Jack Farmer
|
Ese es el desafío que Amy Grunden, profesora auxiliar de microbiología, y Wendy Boss, profesora de botánica, ambas en la Universidad del Estado de Carolina del Norte, se han puesto a sí mismas. Quieren comprobar si, insertando genes de archaea extremófilos en plantas pueden enseñarles a resistir al estrés del modo que hacen los archaea.
Las células de las plantas responden a desencadenantes del estrés como el frío o la deshidratación creando un estallido de superóxido, una forma tóxica de oxígeno. Fabricar veneno puede parecer un modo extraño de controlar el estrés pero, explica Boss, “es un mecanismo señalizador. Tienes un pequeño estallido de oxígeno reactivo que dice a la célula, ‘Mira, monta una defensa, lucha’”. Pero eso no puede durar siempre. “Las plantas pueden perder una cuantas células sin que les afecte”, dice Boss. Pero si el estrés -y el oxígeno tóxico- continua, “finalmente la planta morirá”.
Los archaea extremófilos han hallado una forma de ocuparse del estrés oxidativo. Producen antioxidantes. A través de series de reacciones químicas, convierten el superóxido en una sustancia más benigna: agua. Estas reacciones químicas son iniciadas por enzimas y las instrucciones para crear estas enzimas se encuentran codificadas en el ADN de los organismos.
Un organismo capaz de llevar a cabo esta proeza es el “
Pyrococcus furiosus”, que forma su hogar en las aguas hirvientes de las ventilas hidrotermales de las profundidades. Dado su ambiente súper-caliente, podría pensarse que el Pyrococcus furiosus está constantemente produciendo antioxidantes. Pero de hecho, cuando el organismo está golpeándose en el calor de la ventila no hay oxígeno presente. Es cuando las células son arrojadas en el agua fría del mar donde se encuentra presente el oxígeno, cuando tiene lugar la acción antioxidante.
“Se ha adaptado a apañárselas con el oxígeno a bajas temperaturas porque es cuando lo ve, cuando se adentra en el agua fría del mar”, dice Grunden.
El canal de flujo de Dao Vallis en Marte, es un posible emplazamiento de manantiales hidrotermales en el pasado de Marte. El canal erosionado es evidencia de agua, mientras que Hadriaca Patera (el gran volcán arriba de la imagen) puede haber servido como fuente de calor.
Crédito: NASA
|
Se requieren varias enzimas diferentes para convertir el superóxido en agua. En lo que Grunden y Boss han estado trabajando es en inyectar los genes que producen estas enzimas en plantas –de hecho, en un grupo de células de tabaco en una placa de Petri. Por el momento han tenido éxito en transferir el gen que lleva a cabo el primer paso en el proceso de detoxificación; produce la enzima que convierte el superóxido en el menos tóxico peróxido de hidrógeno. Las células de tabaco no sólo sobrevivieron a la “invasión”, sino que produjeron la enzima deseada. Boss y Grunden se hallan ahora en el proceso de añadir un segundo gen, el cual produce una enzima que convierte el peróxido de hidrógeno en agua.
El proceso total arqueobacteriano de reducción de estrés implica un total de cuatro genes. Los investigadores planean abrirse camino hasta ese cóctel de genes, uno cada vez. Van a intentar añadir un gen de una bacteria, Colwellia psychrerythraea, la cual se desarrolla a temperaturas por debajo del punto de congelación.
“Lo que estamos haciendo al haber introducido el gen del Pyrococcus es sentar las bases para poder recuperarnos del shock inicial de las condiciones extremas. Ahora lo que necesitamos hacer es empezar a adaptar la planta a arreglárselas con las condiciones de bajas temperaturas que se ven en Marte”, dice Grunden. Finalmente, esperan añadir genes para la supervivencia bajo condiciones de baja presión y escasez de agua. “El medio ambiente en Marte representa condiciones de estrés múltiple”.
Nadie ha intentado hacer esto nunca antes. Y puede no funcionar. “Podemos encontrarnos con que cuando hayamos recorrido todo el camino, la célula simplemente se muera porque no le gusten todos esos genes extraños”, dice Boss. Y siempre está el peligro de que todas estas plantas modificadas, si se liberan en la naturaleza, pudieran tener un impacto negativo sobre terrenos forestales o de cultivo. Boss replica que sus experimentos están siendo estrictamente guardados bajo condiciones de laboratorio. “No tenemos la intención de ponerlos entre el público”, dice. “Nada se escapa”.
Pero Boss también ve el beneficio potencial del trabajo que Grunden y ella están haciendo. Finalmente, dice, sus experimentos pueden resultar en campos de cultivo que puedan “crecer en suelos pobres con poco agua”. Tales campos de cultivo podrían, por ejemplo, ayudar a la gente a sobrevivir una sequía.
“Realmente espero que esto tenga un impacto positivo en la agricultura, quizás incluso en la salud humana. ¿Quién sabe? Quizá podamos obtener cultivos provenientes de archaea que curen alguna enfermedad...hay mucha biología sin explotar ahí fuera. Y estos archaea fabrican unos compuestos interesantes. Quizá necesitemos más de ellos”.
La investigación de Boss y Grunden está financiada por una subvención del Instituto para Estudios Avanzados de la NASA (“Institute for Advanced Studies” -NIAC-).
