Una nueva investigación sobre el uso de la agricultura en ambiente controlado (ACE) para cultivar plantas con propiedades medicinales podría conducir a métodos de producción que aumentarán un compuesto anticancerígeno producido naturalmente por ciertas especies de plantas.
El estudio, dirigido por la estudiante de doctorado Rebekah Maynard, fue diseñado para identificar cultivos que se pueden utilizar en tratamientos médicos y desarrollar estrategias para aumentar la concentración de un compuesto anticancerígeno producido por las plantas.
Utilización de la agricultura en ambiente controlado para el cultivo de plantas medicinales
En colaboración con Rhuanito Ferrarezi, profesor asociado de fisiología de cultivos del CEA, Maynard cultivó cultivos compactos con un ciclo de vida corto (manzanilla (Matricaria chamomilla) y perejil (Petroselinum crispum)) en un entorno de cultivo vertical. Los investigadores midieron la producción de apigenina de las plantas, un compuesto antiinflamatorio natural con prometedores efectos anticancerígenos.
«Además de los cítricos, que son productores naturales de apigenina de alto rendimiento, pero que no serían una buena opción para una granja vertical, el perejil figuraba como el productor número uno de apigenina», explicó Maynard. «Si bien se informó que la manzanilla produce menos apigenina que el perejil, queríamos experimentar con ella porque es una planta compacta que podría cultivarse en una granja vertical».
En el estudio publicado en la revista HortScience , se cultivaron dos cultivares de manzanilla («Bodegold» y «Zloty Lan») y tres cultivares de perejil («Darki», «Giant of Italy» y «Wega») en una granja vertical interior para ver cómo el ambiente interior afectaba la producción de apigenina y el tamaño de la planta.
La manzanilla y el perejil como fuentes naturales de un compuesto anticancerígeno
Después de 15 semanas, se recolectaron las hojas maduras de perejil y las flores de manzanilla sin abrir para su análisis. Si bien el cultivar de perejil «Gigante de Italia» produjo las plantas más grandes de todos los cultivares, la acumulación total de apigenina fue mayor en la manzanilla «Bodegold» en comparación con cualquier otro cultivar de perejil, lo que también generó más biomasa utilizable.
«La apigenina también se puede sintetizar químicamente, pero el método actual es un proceso de cuatro pasos que lleva varios días y no produce un gran rendimiento», dijo Maynard. «Hemos descubierto que podemos cultivar estos cultivos durante todo el año en una granja vertical, por lo que se trata de una alternativa viable en cuanto a entorno de cultivo».
Con el aumento de la inversión en agricultura vertical en todo el país, la identificación de cultivos, tanto para consumo como para otras aplicaciones, es una línea de investigación importante para la industria.
«Todo el mundo está buscando un cultivo alternativo para garantizar que toda esa costosa infraestructura sea rentable. No sólo analizamos los cultivos en sí, sino que también buscamos un compuesto de interés en esos cultivos. Estas fueron las especies elegidas para ese fin», dijo Ferrarezi.
«Si pudiéramos demostrar que podemos cultivarlas y luego extraer el compuesto de interés, eso podría aumentar la rentabilidad de las granjas verticales y hacerlas económicamente viables».
Un estudio inicial, dirigido específicamente a productos biofarmacéuticos, sirvió para encontrar cultivos eficientes y de rápido crecimiento que pudieran producirse a gran escala, una consideración importante para la rentabilidad de la agricultura en ambiente controlado.
Cómo influye la luz ultravioleta en la producción de apigenina
Aunque el crecimiento de la mayoría de las plantas fue exitoso, Maynard se sorprendió al descubrir que las plantas producían menos apigenina de lo esperado. «Dado que los metabolitos secundarios a menudo se producen como respuesta al estrés, pensamos que los niveles más bajos podrían deberse a que no había luz ultravioleta en la granja vertical «, dijo. Los metabolitos secundarios son compuestos orgánicos producidos por organismos que no son esenciales para su crecimiento, desarrollo o reproducción.
En un estudio de seguimiento, Maynard añadió luz ultravioleta a las cámaras de crecimiento al repetir el experimento. Si bien esos hallazgos aún no se han publicado, Maynard afirmó que la producción de apigenina aumentó significativamente en las variedades de perejil.
«Es un resultado emocionante, pero todavía queda mucho trabajo por hacer para optimizarlo hasta el punto en que podamos crear recomendaciones para que un cultivador pueda optimizar los procedimientos», añadió Ferrarezi, cuyo laboratorio también está realizando una investigación similar para extraer compuestos alcaloides anticancerígenos de la planta vincapervinca de Madagascar (Catharanthus roseus).
«Estamos identificando los factores estresantes que podrían aumentar la concentración de esos alcaloides. Como la radiación ultravioleta es un factor estresante para las plantas, la idea es utilizarla para evaluar otros cultivos y moléculas», añadió.
Agricultura vertical para los productos biofarmacéuticos del futuro
Maynard, cuya licenciatura fue en química, está centrando su tesis doctoral en la acumulación de metabolitos secundarios , específicamente apigenina, en hierbas específicas cultivadas en entornos controlados.
Esta es la primera publicación sobre productos biofarmacéuticos que se publica en el laboratorio de Ferrarezi. Maynard está trabajando en la publicación de un segundo artículo sobre la investigación antes de defender su tesis en marzo.
«Aprendimos mucho sobre estos compuestos y cómo se activan a través de diferentes procesos fisiológicos. No hacemos mucha bioquímica en el CEA, pero el núcleo de la investigación es encontrar métodos de producción para plantas que se puedan utilizar para aumentar la producción de esos compuestos. Nos centramos en el aspecto científico de la planta», dijo Ferrarezi.
Más información: Rebekah CI Maynard et al, Acumulación de apigenina en Matricaria chamomilla y Petroselinum crispum producidas en un sistema hidropónico vertical, HortScience (2024). DOI: 10.21273/HORTSCI18240-24
