Se cree que los cloroplastos, las partes de las células que permiten a las plantas y algas realizar la fotosíntesis, se originaron hace más de mil millones de años, cuando las cianobacterias fotosintéticas vivían simbióticamente dentro de otros organismos celulares primitivos.
Hasta ahora se pensaba que era imposible reproducir el desarrollo de esta capacidad fotosintética en otras células, colocando cloroplastos dentro de células animales: Las células animales reconocen los cloroplastos como cuerpos extraños y los digieren. Pero un equipo de investigadores japoneses ha cambiado esta idea. Ha desarrollado una técnica para aislar cloroplastos fotosintéticamente activos del alga primitiva Cyanidioschyzon y trasplantarlos a células de ovario de hámster chino (CHO), un tipo de línea celular animal cultivada, y conservar su funcionalidad.
«Que sepamos, es la primera vez que se confirma el transporte fotosintético de electrones en cloroplastos trasplantados a células animales», explica Yukihiro Matsunaga, profesor de la Universidad de Tokio.
El transporte de electrones es un proceso clave por el que las plantas y las algas generan energía química, en apoyo de diversas funciones celulares.
El equipo de investigación de Matsunaga consiguió transferir los cloroplastos fomentando la fagocitosis de las células CHO, que es el proceso por el que las células digieren y descomponen sustancias extrañas.
A continuación, el equipo de investigación utilizó microscopía láser de fluorescencia y microscopía de superresolución para captar imágenes transversales de las células y observar cómo se comportaban tanto las células como los cloroplastos. Comprobaron que los cloroplastos que habían sido absorbidos por las células CHO estaban presentes en el citoplasma, el líquido que llena el interior de la célula, y que algunos de ellos rodeaban el núcleo celular. Tras la absorción de los cloroplastos, las células CHO mostraron signos de comportamiento normal, por ejemplo, continuaron dividiéndose.
Otras observaciones realizadas con un microscopio electrónico revelaron que la estructura de la membrana tilacoide de los cloroplastos -que es donde se encuentran las enzimas necesarias para la fotosíntesis- se mantuvo durante al menos dos días. Las mediciones de la actividad fotosintética mediante imágenes microscópicas y modulación de impulsos también confirmaron que el transporte de electrones para la fotosíntesis fue normal durante este periodo. Sin embargo, al cuarto día de la transferencia, la estructura de la membrana del tilacoide se colapsó y la actividad fotosintética de los cloroplastos disminuyó significativamente.
Esta investigación apunta a nuevas posibilidades en ingeniería de tejidos. Los órganos artificiales, la carne artificial y las láminas de piel fabricadas a partir de múltiples capas celulares tienen un crecimiento limitado cuando el tejido se expone a niveles bajos de oxígeno. Si se pudieran añadir células que incorporaran cloroplastos, sería posible suministrar oxígeno al tejido y promover su crecimiento simplemente iluminándolo.
Pero para lograrlo se necesita una tecnología que permita a los cloroplastos trasplantados mantener la actividad fotosintética durante más tiempo dentro de las células animales. Según el equipo de investigación, en el futuro también será necesario cuantificar la cantidad de oxígeno generada por los cloroplastos trasplantados y la cantidad de dióxido de carbono fijada en el interior de las células animales, lo que puede hacerse mediante una técnica denominada etiquetado isotópico.
El equipo de investigadores proseguirá ahora sus investigaciones, con el objetivo último de crear células «planimales» que tengan capacidades vegetales. Las células planimales, de ser posibles, podrían cambiar las reglas del juego en múltiples sectores, como la investigación médica, la producción de alimentos y la generación de energía.
Comentario de AgendAR:
La parte vegetal de un bife de lomo suelen ser las papas fritas y/o la ensalada. Pero debido al trabajo del profesor Yukihiro Matsunaga, de la Universidad de Tokyo, esto podría cambiar.
Los animales unicelulares que fotosintetizan como si fueran plantas los inventó la evolución, y hace eras geológicas: son los dinoflagelados. Se propulsan de aquí para allá con su cola, como espermatozoides, pero literalmente se autoalimentan de luz, y navegan invariablemente hacia toda fuente de nitratos y fosfatos que haya en aguas abiertas.
Ser animal o planta no les causa problemas de identidad. No suelen ser buena noticia: debido a descargas cloacales crudas en mares y ríos, cuando proliferan causan mareas rojas que vuelven tóxicos a los organismos filtradores, como mejillones y almejas, e incluso hay veces en dejan tendal de peces muertos. Son la maldición de cualquier playa.
Pero este desarrollo del citado Matsunaga, las células de ovario de hamster fotosintéticas, podrían ser un «game changer» en la producción de comida, de energía y de fabricación de tejidos y órganos artificiales.
Estas células «planimales» no tienen nada que ver con los dinoflagelados: son organismos quiméricos, un invento humano. Como la fotosíntesis es una fuente de oxigeno, algunas células animales colonizadas de modo permanente por cloroplastos podrían cultivarse masivamente en forma de tejido tridimensional, incluso sin una red de sangre circulante que aporte oxígeno. Por ahora, sólo se pueden cultivar como láminas delgadísimas.
Se podria hacer carne sintética a bajo costo. ¿Bifes de lomo verdes? ¿Piel de reemplazo para quemaduras masivas? ¿Órganos complejos? Es un panorama de «tecnología ficción». Falta mucho remar en el laboratorio para ello.
Pero desde esta semana, ya no es imposible.
Daniel E. Arias