Investigadores de la Universidad Estatal de Colorado han desarrollado una herramienta que permite activar o desactivar a voluntad los rasgos genéticos clave de una planta.
por la Universidad Estatal de Colorado
Este avance se publicó recientemente en ACS Synthetic Biology y representa la primera vez que se utiliza un interruptor genético sintético en una planta adulta.
Los biólogos sintéticos diseñan y construyen nuevos segmentos de ADN que pueden insertarse en organismos vivos para que funcionen como circuitos electrónicos o informáticos. Al igual que un interruptor se utiliza para encender o apagar una bombilla en un circuito eléctrico, el interruptor del equipo activa y desactiva genes cuando se aplica una señal externa. Hasta ahora, este interruptor genético solo se ha utilizado en organismos unicelulares como las bacterias. El trabajo en la CSU está dirigido por los profesores June Medford, del Departamento de Biología, y Ashok Prasad, del Departamento de Ingeniería Química y Biológica.
Medford dijo que la investigación interdisciplinaria tiene muchas aplicaciones prácticas, particularmente en la agricultura, donde se podría utilizar un interruptor para cronometrar mejor la maduración de la fruta, por ejemplo.
Añadió que con esta herramienta se podrían regular numerosos rasgos. El reto es incorporarla a organismos vivos completamente desarrollados.
«La naturaleza multicelular de una planta —sus raíces, tejidos, órganos vegetativos y reproductivos— la convierte en un desafío complejo que finalmente podemos superar», afirmó. «Este trabajo es un prometedor primer paso hacia la programación de plantas para que realicen todo tipo de funciones útiles que antes no eran posibles».
El artículo describe el trabajo del equipo para sintetizar partes relevantes del ADN vegetal y luego diseñar un posible sistema de «alternativa» genética en torno a los dos genes clave que contienen mediante modelos matemáticos. Este enfoque ayudó al equipo a combinar posibles combinaciones en la computadora hasta encontrar una eficaz. A partir de ahí, el equipo comenzó a transformar plantas con las secuencias de ADN seleccionadas y realizó un seguimiento de los resultados durante 12 días para cuantificar los cambios.
Medford dijo que fue un proceso largo e iterativo hasta llegar a la prueba de concepto que ahora demuestra el documento.
«Como biólogos, comprendemos muy bien la biología y colaboramos con personas como el profesor Prasad y su equipo, expertos en el desarrollo de algoritmos. Esto nos permite encontrar las señales clave entre tanto ruido», afirmó Medford.
Este proyecto es una auténtica fusión entre la investigación cuantitativa y el modelado matemático para diseñar de forma predecible las capacidades de una planta para diversas necesidades. Nuestro trabajo también abre la posibilidad de que, en el futuro, el diseño de circuitos genéticos como este pueda automatizarse mediante aprendizaje automático, acelerando así el proceso.
Cabe destacar que la investigación demuestra que estos circuitos funcionan en toda la planta y pueden utilizarse para regular brotes y células en diferentes etapas de su ciclo vital. Prasad afirmó que esto significa que estos interruptores podrían utilizarse para activar diferentes funciones de la planta en apoyo de la seguridad alimentaria o el desarrollo de materiales.
«Ante climas impredecibles y fuera de temporada, los agricultores podrían controlar el estado de sus cultivos activando un interruptor que promueve la tolerancia a la sequía, o uno que ayuda a plantas como las calabazas a crecer más temprano en la temporada y luego conservar su tamaño y nutrición», dijo Prasad. «Las aplicaciones de este avance son casi infinitas para la humanidad y el medio ambiente».
Más información: Tessema K. Kassaw et al., Interruptor de palanca genético en plantas, ACS Synthetic Biology (2025). DOI: 10.1021/acssynbio.4c00777
