Cada revolución tecnológica trae sus soluciones, pero también genera sus propios problemas. Antes de los aviones no había accidentes de avión. Aunque también hacían falta meses de navegación para cruzar el Atlántico. De igual manera, el desarrollo de los fertilizantes químicos, principalmente nitrógeno, salvó a millones de personas del hambre en la llamada “revolución verde”. Sin embargo, su reverso oscuro fueron efectos como la eutrofización, un proceso en el que la proliferación de microalgas propiciada por el exceso de nutrientes acaba con el oxígeno de grandes masas de agua. Y con toda la vida que hay en ellas. Además, el proceso de fabricación de los fertilizantes es muy intensivo en energía y es uno de los responsables de la emisión de gases de efecto invernadero. Ahora un grupo de investigadores del Departamento de Ingeniería Biológica del MIT está explorando alternativas para atajar el problema. Su solución pasa por añadir genes de bacterias a los cultivos y desarrollar propiedades autofertilizables.
En la naturaleza existen relaciones simbióticas entre bacterias y legumbres. Las primeras fijan el nitrógeno del aire por medio de los llamado genes nif. Teóricamente, si se pudiera trasladar la expresión genética de estas bacterias a cultivos como los cereales, se podrían obtener especies autofertilizables. Ese es el proyecto tecnológico en el que están implicados los científicos del MIT. Pero los retos son formidables, ya que se trata de grupos de genes numerosos e interconectados que no se pueden trasladar como un módulo prefabricado. Pensemos, más bien, en un trasplante de ADN. Además, las bacterias responsables de la fijación del nitrógeno son células procariotas cuya expresión genética es distinta de las células de las plantas, que son eucariotas.
Primos lejanos
Para crear estas especies autofertilizables, en lugar de combinar células, la solución ha pasado por utilizar sus orgánulos, es decir, las estructuras que contienen las células eucariotas. Estos orgánulos, llamados mitocondrias y cloroplastos, tienen un pasado común con las bacterias, ya que hace millones de años existían en forma de células procariotas. Es como si, en lugar de intentar soldar dos coches entre sí nos limitamos a extraer el motor de uno e instalarlo en el otro vehículo. Además, la nitrogenasa, que es la enzima empleada por las bacterias para fijar el nitrógeno, requiere mucha energía y, a la vez, es muy sensible a la presencia de oxígeno. Y, precisamente, estos orgánulos generan una gran cantidad de energía con niveles muy bajos de oxígeno, lo que los convierte en aliados idóneos.
Una investigación en curso
La investigación del MIT para desarrollar cereales autofertilizables es tremendamente ambiciosa y ha requerido la participación de expertos de todo el mundo. Entre ellos se cuentan Ralph Block, experto en cloroplastos del Instituto Max Planck de Alemania, y Luis Rubio, un experto en nitrogenasa de la Universidad Politécnica de Madrid. El equipo ha recurrido a levaduras como medio de transporte de los genes de nitrogenasa que, a continuación, se dirigen a las mitocondrias. Su principal logro por el momento ha sido expresar un tetrámero NifDK, una proteína clave en el grupo de la nitrogenasa. Sin embargo, los investigadores de este proyecto tecnológico confían en hacer anuncios importantes en los próximos meses que, en palabras de los propios investigadores, podrían suponer “una revolución en la producción mundial de cereales”.
