Los nuevos agentes activos basados en ARN protegen de forma fiable a las plantas contra el virus del mosaico del pepino (CMV), una enfermedad muy extendida y dañina.
Las sustancias fueron desarrolladas por investigadores de la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU).
Estos ingredientes activos tienen un amplio espectro de acción; Varias moléculas de ARN apoyan al sistema inmunológico de la planta en la lucha contra el virus. En experimentos de laboratorio, entre el 80 y el 100 por ciento de las plantas tratadas sobrevivieron a la infección con altas cargas virales, informa el equipo en un artículo publicado en Nucleic Acids Research. El estudio fue seleccionado por la revista como un «artículo innovador». Los científicos ahora están trabajando para trasladar la idea del laboratorio a la práctica.
El virus del mosaico del pepino, o virus del mosaico del pepino, es un virus particularmente destructivo para los cultivos agrícolas. Alrededor de 90 especies de pulgones son portadoras del virus, que infecta a más de 1.200 especies de plantas. Entre ellos se incluyen numerosos cultivos agrícolas como calabazas, pepinos, cereales, plantas medicinales y aromáticas. Las plantas infectadas se identifican fácilmente por el patrón de mosaico característico en las hojas.
Una vez infectadas, las plantas dejan de crecer y las frutas no se pueden vender. Actualmente no existen tratamientos aprobados contra el CMV, pero un nuevo trabajo de investigadores de MLU puede proporcionar una solución a largo plazo. La idea básica es combatir el virus dirigiendo las defensas naturales de la planta en la dirección correcta.
Cuando un virus infecta una planta, utiliza las células de la planta como huésped. El virus se replica a través de su material genético en forma de moléculas de ácido ribonucleico (ARN) en las células vegetales. Una vez inyectadas, estas moléculas de ARN extrañas desencadenan una respuesta inicial del sistema inmunológico de la planta. Unas tijeras enzimáticas especiales reconocen y cortan las moléculas de ARN viral.
Este proceso produce un pequeño ARN interferente (siRNA), que se propaga por toda la planta y desencadena la segunda etapa de la respuesta inmune. Las moléculas de ARNi se unen a complejos proteicos especiales y los dirigen a las moléculas de ARN viral. Una vez allí, las proteínas comienzan a descomponer las moléculas de ARN dañinas del virus, convirtiéndolas en fragmentos inofensivos y biodegradables.
“En general, este proceso no fue muy efectivo en su forma original. «Una infección viral produce muchas moléculas de ARNi diferentes, pero solo unas pocas de ellas tienen un efecto protector», afirma el profesor Sven-Erik Behrens del Instituto de Bioquímica y Biotecnología de la MLU. Su equipo desarrolló un método para identificar moléculas de ARNi que son altamente efectivas en este proceso.
En el siguiente paso importante, los científicos lograron combinar varias moléculas de ARNi en las llamadas moléculas de ARN bicatenario eficientes (edsRNA), que son especialmente adecuadas para su uso en plantas. Estos edsRNA actúan como una especie de “empaque” que se descompone en siRNA poco después de ingresar a las células vegetales. Por tanto, una gran cantidad de moléculas de ARNi altamente potentes pueden ejercer efectos antivirales protectores en el sitio.
El grupo realizó numerosos experimentos de laboratorio en la planta modelo Nicotania benthamiana y pudo demostrar que los agentes activos basados en edsRNA protegen de manera confiable contra el virus del mosaico del pepino.
«Las plantas de nuestros experimentos estaban infectadas con una carga viral muy alta: todas las plantas no tratadas murieron», explica Behrens.
Por el contrario, entre el 80 y el 100% de las plantas tratadas sobrevivieron. Los agentes edsRNA tienen otra ventaja especial: cuando se rompe el empaquetamiento, se forma un grupo de moléculas de ARNi efectivas que atacan al virus exclusivamente en sitios diferentes. Esto aumenta significativamente el efecto protector.
“Los virus de ARN como el virus del mosaico del pepino son peligrosos porque pueden evolucionar rápidamente. Además, el material genético de este virus consta de tres partes separadas que pueden mezclarse, lo que aumenta aún más la probabilidad de nuevas mutaciones. Para lograr la máxima protección contra el virus, nuestros ingredientes activos se dirigen a diferentes partes del genoma”, afirma Behrens.
La sustancia activa protege de forma fiable las plantas contra el virus del mosaico del pepino. Ambas plantas estaban infectadas con el virus, pero el ejemplar de la izquierda en la imagen no estaba protegido. Fuente de la fotografía: Uni Halle / Heiko Rebsch.
El equipo también ha optimizado el proceso de detección de ARNi eficaces y puede adaptar el procedimiento para identificar nuevas mutaciones virales en un plazo de dos a cuatro semanas.
«El tiempo es un factor importante: cuando aparece una nueva variante del virus, podemos modificar rápidamente el agente activo en consecuencia», explica Behrens. Este enfoque también se puede aplicar a otros patógenos y plagas.
Hasta ahora, las sustancias se introducían manualmente en los laboratorios, ya sea mediante inyección o frotando las hojas de las plantas.
El equipo está trabajando con el farmacéutico y especialista en administración de medicamentos, el profesor Carsten Mader, de la MLU, para hacer que las sustancias basadas en ARN sean más duraderas y más fáciles de aplicar a las plantas. Por ejemplo, se pueden pulverizar. Al mismo tiempo, los investigadores están planeando pruebas de campo para probar las sustancias basadas en ARN en condiciones del mundo real. Y están negociando con empresas sobre la futura producción industrial.
Además, los nuevos productos potenciales para la protección de cultivos aún necesitan pasar por el proceso de aprobación, por lo que pasará algún tiempo antes de que un producto para combatir el virus del mosaico del pepino llegue al mercado.
“Sin embargo, confiamos en que nuestro enfoque sea viable. “Recientemente se aprobó en EE. UU.” el primer producto fitosanitario con un ingrediente activo basado en ARN”, afirma Behrens.
Fuente: Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg. Fotografía: Universidad de Halle / Heiko Rebsch.
