Sólo la vaca sabe el costo de un bife de lomo con papas. La parte vegetal de este plato tan criollo 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, y el bife de lomo ser cultivado en biorreactores a bajo costo. No es imposible que la carne sea verde, pero no en el sentido ecologista sino también en el cromático, por su contenido de cloroplastos.
Los cloroplastos son las organelas (órganos intracelulares) que le permitieron a las algas, y luego a las plantas terrestres, realizar el trabajo que mueve todo lo viviente, la fotosíntesis de azúcares. En sus diversas presentaciones, los azúcares son el combustible de la biosfera en su casi totalidad.
Los cloroplastos se originaron hace más de mil millones de años como organismos independientes, bacterias fotosintéticas. Luego se sindicalizaron: se adaptaron a vivir simbióticamente dentro de otros organismos celulares primitivos que probablemente se las comían por fagocitosis. Y buen provecho.
La moneda de cambio entregada por los cloroplastos por no ser digeridos era entregar a la célula que se los había comido una capacidad muy tentadora: vivir no sólo de la fagocitosis, sino también de la fotosíntesis. Azuquita pa’ tí, mi amor. Eso diversidad alimentaria asegura futuro para la descendencia, como para nosotros los humanos lo fue el vivir no sólo de la caza, sino también (y mucho más) de la recolección.
Uno de los primeros resultados del uso de cloroplastos por otras células no fueron bifes de lomo ni tejidos de reemplazo para humanos, sino las cianobacterias, esas algas azuladas que forman filamentos y burbujas en aguas estancadas (y le dan un gusto espantoso). Mírelas con respeto, porque Ud. y su árbol favorito, seguramente el ombú, le deben mucho.
Pero si a ese otro producto de la evolución, la célula animal, se le añade un biotecnólogo japonés como Matsunaga, las cosas pueden volverse más interesantes. Ud. y yo, profundos estudiosos de la taxonomía de Carl von Linné, naturalista sueco del siglo XVIII, estamos acostumbrados a diferenciar animales y vegetales como reinos separados, pero… bienvenido al mundo planimal, lector.
Hasta ahora se pensaba que era imposible copiar a la evolución y diseñar células animales introduciéndoles cloroplastos: los identifican como cuerpos extraños y los digieren. El equipo de Matsunaga quiere reescribir el libreto de la taxonomía. Hacete a un lau’, sueco.
Matsunaga ha desarrollado una técnica para aislar cloroplastos fotosintéticamente activos del alga primitiva Cyanidioschyzon y trasplantarlos a células de ovario de hámster chino (CHO). El hamster podrá ser chino, Matsunaga japonés y el alga carecer de pasaporte, pero no viene al caso: las células CHO cultivadas en biorreactores se usan desde hace décadas para fabricar fármacos biológicos, como interferones, eritropoyetina y otras hormonas humanas de alto costo. En Argentina las conocemos desde que se fundó la mítica Biosidus, y manejamos esa tecnología «de taquito».
De ahí a fabricar piel humana de reposición hay un largo camino. La piel es un tejido tridimensionalmente profundo y complejo, vascularizado, lleno de glándulas sudoríparas, bulbos pilosos, fibras musculares eréctiles de los pelos cuando se ven películas de terror o la factura del gas, y sensores de presión, irritación y temperatura. Son estructuras muy ordenadas, y todas hechas de diferentes tipos de células, incluidas las neuronas. Y todo el conjunto está fijado y estabilizado por un andamio mecánicamente muy resistente de células de tejido conectivo productoras de colágeno.
Es imposible cultivar piel verdadera en reactores, y para ir a los bifes, ni hablar de músculos artificales, aún más complejos. Los cultivadores de tejidos de reposición sólo los hacen planos y delgados, tanto que son transparentes, y están formados de unas pocas capas de células de un solo tipo. El obstáculo principal para fabricar tejidos complejos y estructurados listos para su uso ha sido siempre el suministro de oxígeno «en profundidad», en el interior del tejido a sintetizar.
Bueno, los cloroplastos iluminados transforman el dióxido de carbono producido por cualquier célula en azúcares. Y expelen, como desperdicio, un subproducto vital: oxígeno. Matsunaga logró abrir una primer rendija en esta puerta hasta hoy firmemente cerrada a la vida plananimal, ni planta ni animal, pero un poco de lo primero y mucho de lo segundo. Del otro lado de esa puerta podría haber no sólo un bife (verde) con papas, sino órganos cultivados de reposición. Marche un hígado para el señor, que tiene una cirrosis. Sale un riñón para la señorita, que está en insuficiencia renal.
Para eso falta mucho, pero todo camino empieza por un paso, y éste póngale la firma que no será rectilíneo sino lleno de laberintos. «Que sepamos, es la primera vez que se confirma el transporte fotosintético de electrones en cloroplastos trasplantados a células animales», explica el citado profesor Matsunaga, 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 muy alta resolución para captar imágenes transversales de las células y observar cómo se comportaban, tanto las células contenedoras como los cloroplastos contenidos. 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 en un medio nutritivo de cultivo mostraron signos de comportamiento normal: continuaron dividiéndose.
Hasta ahí, todo sobre ruedas.
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.
«Pero nunca faltan encontrones/cuando un pobre se divierte», como dice el Martín Fierro. Al cuarto día de la transferencia, la estructura de la membrana del tilacoide se colapsó y la actividad fotosintética de los cloroplastos disminuyó significativamente. Digamos que las células CHO no estaban tan entusiasmadas con su dieta autógena. En lugar de comer pan, se comieron la panadería.
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, dice Matsunaga. Siendo ciudadano de un país con gran sincretismo religioso, iluminar no en el sentido budista, sino físico.
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:
Como ya se dijo, 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, estas diferencias podrían irse borroneando.
Los animales unicelulares que fotosintetizan como si fueran plantas los inventó la evolución, y hace eras geológicas: son los dinoflagelados. Son posteriores a la aparición de las cianobacterias, las primeras células vegetales fotosintéticas. 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.
Algunos dinoflagelados 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 cuyo municipio carezca de una buena planta de tratamiento de líquidos cloacales. En Argentina, casi todas.
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, que pueden servir como apósitos de base para la regeneración de piel en quemaduras. Pero de esa base a una piel compleja y funcional median meses en los que un quemado grave en buena parte de su superficie corporal está muy expuesto a infecciones.
Adaptando células musculares de vacunos a nutrirse de cloroplastos sería un tiro mucho más largo, un gol de arquero, y seguramente tomará décadas. Si se tiene éxito en ello se podria hacer carne sintética a bajo costo (la actual es carísima y genera más contaminación que la cría de vacunos a pasto). ¿Bifes de lomo verdes? ¿Piel de reemplazo para quemaduras masivas? ¿Órganos complejos?
Se abre un panorama de «tecnología ficción». Falta mucho remar en muchos laboratorios para ello.
Pero desde esta semana, gracias a don Matsunaga, o Matsunaga San, ya no es imposible.
Daniel E. Arias