Un nuevo descubrimiento realizado por investigadores de la Universidad Northeastern ha descubierto aspectos previamente desconocidos de la evolución de las plantas, con importantes implicaciones para la creación de nuevos medicamentos que salven vidas.
por Cody Mello-Klein, Universidad del Noreste
El avance de los investigadores rastreó, por primera vez, el camino genético y molecular que siguió una planta particular, la semilla de luna canadiense, para poder realizar una reacción química que anteriormente se creía imposible que una planta pudiera hacer de forma natural: agregar un átomo de cloro a una molécula.
Los hallazgos, publicados recientemente en Science Advances , apuntan a oportunidades para crear métodos nuevos y más eficientes de desarrollo de productos farmacéuticos.
El trabajo cierra «una historia de detectives moleculares que se desarrolló durante millones de años», dice Jing-Ke Weng, profesor de química, biología química e ingeniería química en Northeastern, cuyo laboratorio Weng dirigió este proyecto.
«Para comprender lo que sucedió en el pasado y que condujo al estado actual de las cosas en términos de culturas, países y muchos otros aspectos, nos apoyamos en la arqueología», dice Weng. «El trabajo que realizamos aquí es esencialmente arqueología molecular».
En el centro del trabajo de los investigadores se encuentra una enzima llamada decloroacutumina halogenasa, o DAH, que ayuda a la planta de la luna a producir acutumina, un compuesto que le permite protegerse de depredadores y enfermedades.
«Se ha descubierto que este compuesto posee propiedades medicinales realmente interesantes», afirma Weng. «Tiene una actividad selectiva contra el cáncer en las células leucémicas, y otros estudios indican que podría tener aplicaciones en neurociencia, regulando los receptores GABA para la pérdida de memoria».
Como su nombre indica, el DAH contiene un átomo de halógeno, en este caso cloro, algo inusual en una planta. La capacidad de una planta para añadir cloro a una molécula orgánica es excepcionalmente rara y valiosa: el cloro se utiliza a menudo para potenciar la potencia y la estabilidad de fármacos y agroquímicos.
Para Weng y su equipo, el misterio central era: ¿cómo desarrolla una planta la capacidad de hacer lo aparentemente imposible y producir un compuesto halogenado como este? La respuesta a esta pregunta podría ayudar a los científicos a usar la evolución como modelo para crear sus propias enzimas de diseño, afirma Weng.
Para descifrar este misterio evolutivo, los investigadores fueron los primeros en secuenciar el genoma completo de la semilla lunar. Esto les proporcionó un mapa genético que les permitió rastrear su ascendencia paso a paso.
«Esa resolución de la información genómica nos da una primera visión de cómo pudo surgir este gen DAH porque podemos identificar exactamente dónde está este gen en el genoma», dice Weng.
Rastrearon la DAH hasta un gen presente en otras plantas, la flavonol sintasa (FLS), lo que les proporcionó el primer indicio de que la DAH comenzó siendo una enzima mucho más común. Posteriormente, pudieron observar cómo, a lo largo de cientos de millones de años, la semilla de la luna experimentó una serie gradual de duplicaciones, pérdidas y mutaciones genéticas hasta alcanzar el punto en que una enzima que antes era regular pudo intercambiar oxígeno por cloro.
Weng afirma que es un vistazo a la evolución en acción que también arroja luz sobre una ruta previamente desconocida para la evolución de las plantas. Entre FLS y DAH en la cadena evolutiva hay varios otros genes mutados no funcionales, «reliquias evolutivas», explica Weng.
«No se trata de una sola etapa desde un gen de flavonoide hasta un gen de halogenasa; se necesitaron varios pasos», afirma. «Aunque no sabíamos exactamente para qué se usaron estos intermediarios durante los últimos cientos de millones de años, al menos condujo a este proceso».
Una vez que rastrearon el camino evolutivo de esta enzima y localizaron mutaciones específicas que le permiten reescribir su propia química, el equipo de Weng se dispuso a intentar recrear este proceso en su laboratorio.
«Logramos recuperar entre el 1 % y el 2 % de la actividad de la halogenasa partiendo del estado ancestral», afirma Weng. «Esto significa que la evolución ha seguido un camino muy estrecho para llegar a esta actividad recién optimizada. Hay mucha casualidad en el camino y ha dado muchos giros, pero finalmente encontró la manera de lograr esta reactividad en esta enzima recién evolucionada».
Siguiendo los pasos de la evolución, Weng afirma que el descubrimiento de su equipo podría ayudar a acelerar el desarrollo de las enzimas de diseño, que ya se están desarrollando en diversas industrias. Las enzimas son vitales para catalizar los procesos químicos que contribuyen a la creación de nuevos fármacos y terapias.
Sin embargo, muchas compañías farmacéuticas tienen dificultades para encontrar la enzima adecuada para el fármaco adecuado. La arqueología molecular que el laboratorio de Weng ha realizado aquí podría proporcionar respuestas de hace cientos de millones de años a preguntas que nos planteamos hoy.
«Un enfoque consiste en desarrollar dichas enzimas basándonos en nuestra comprensión de la enzimología y de cómo evolucionaron las cosas», afirma Weng. «El conocimiento adquirido en este caso particular puede realmente iluminarnos el camino para diseñar nuevos catalizadores para la creación de nuevas moléculas».
Más información: Colin Y. Kim et al., Rastreando la evolución darwiniana gradual de una halogenasa vegetal, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv6898
