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Para producir más alimentos, los científicos buscan aprovechar más las enzimas vegetales

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Crédito: Unsplash / CC0 Public Domain

Las enzimas juegan un papel esencial en las células de todos los seres vivos, desde las bacterias hasta las plantas y las personas. Algunos hacen su trabajo unas cuantas veces y se desvanecen. Otros pueden repetir una tarea cientos de miles de veces antes de dejar de fumar.


por la Universidad de Florida


Los organismos ponen mucha energía en reemplazar las enzimas gastadas, energía que podrían poner en otros procesos. En plantas cultivadas para alimentos, combustible, fibra u otros propósitos, las enzimas de mayor duración podrían traducirse en mayores rendimientos, según Andrew Hanson, eminente erudito y profesor del departamento de ciencias hortícolas de UF / IFAS.

«Reemplazar las enzimas es un costo energético enorme para los organismos, pero nadie se había preguntado nunca, ‘¿cuánto duran las enzimas y qué lo determina?’ Si desea mejorar la vida útil de las enzimas, debe saber a qué enzimas apuntar «, dijo Hanson, autor principal de un nuevo estudio en el que los investigadores presentan un nuevo punto de referencia para evaluar la durabilidad de cualquier enzima .

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Este punto de referencia, llamado Ciclos catalíticos hasta el reemplazo, o CCR, es el primer paso para mejorar la longevidad de las enzimas y, un día, producir más alimentos, combustible y fibra para el mundo. El estudio se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences y cuenta con el apoyo de una subvención de la National Science Foundation.

Para explicar cómo funciona la CCR, Hanson establece una analogía entre las partes de un automóvil y las enzimas de una célula.

Al igual que las piezas de un automóvil, las enzimas realizan una tarea específica una y otra vez, lo que provoca desgaste. En los automóviles, el fabricante sabe cuántas veces puede funcionar una pieza antes de que sea necesario reemplazarla. El CCR proporciona este tipo de información sobre las enzimas, indicando a los bioingenieros cuántas veces una enzima puede hacer su trabajo antes de que se gaste.

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«Si lleva su automóvil al taller todo el tiempo para reemplazar piezas, es una gran inversión y no es muy eficiente. Pero las plantas que cultivamos como cultivos gastan mucha energía en el mantenimiento de las enzimas, lo que deja menos energía para cultivar el grano u otras partes que cosechamos «, dijo Hanson. «Muchas enzimas de las plantas podrían mejorarse y, con el CCR, sabemos por dónde empezar».

El laboratorio de Hanson ya ha comenzado a trabajar para mejorar una de estas enzimas vegetales , THI4. Esta enzima cataliza una reacción química que produce tiamina, una vitamina B esencial para muchos procesos biológicos .

Pero THI4 es lo que podría llamarse una enzima «desechable», una que cataliza la reacción una vez y luego, puf, se autodestruye.

«Una posible solución es encontrar otra enzima que también pueda producir tiamina pero que dure más que THI4», dijo Hanson.

El laboratorio de Hanson está buscando remodelar procesos como estos utilizando una técnica llamada evolución dirigida.

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El genoma de un organismo es un manual de instrucciones para producir todo lo que hay en ese organismo, incluidas sus enzimas. En las plantas, las técnicas tradicionales de reproducción pueden identificar y manipular las partes del genoma de una planta que contienen instrucciones para los rasgos deseables. Eso implica cruzar lotes de plantas individuales y aislar aquellas plantas que tienen la combinación genética que da como resultado el rasgo deseado. Sin embargo, debido a que las plantas se reproducen estacionalmente, esta búsqueda de agujas en un pajar puede llevar años.

La evolución dirigida aprovecha los procesos naturales de mutación y selección en bacterias o levaduras para mejorar los genes que contienen instrucciones para enzimas u otras proteínas a un ritmo mucho más rápido de lo que podría ocurrir en una planta. Los genes mejorados pueden luego transferirse a una planta mediante el uso de tecnologías como CRISPR para editar el genoma de la planta y, como resultado, mejorar las enzimas que produce la planta, lo que conduce a una planta más productiva.




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