El IRNASA estudia los cloroplastos, orgánulos clave para la fotosíntesis

José Pichel Andrés/DICYT Un equipo del Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA) está estudiando el funcionamiento de los cloroplastos, orgánulos de las células vegetales que se ocupan de la fotosíntesis. En particular, los investigadores están interesados en lo que ocurre en las situaciones de estrés lumínico, es decir, cuando las plantas tienen que soportar demasiada luz, lo cual tiene repercusiones porque da lugar a especies reactivas de oxígeno y, por lo tanto, a lo que se conoce como estrés oxidativo. Este proceso ocurre también en otros organismos, incluidos los animales, de manera que, aunque se trata de una investigación básica, está muy relacionada con estudios actuales del campo de la Medicina.

"Las plantas, a diferencia de los animales, no se pueden mover, así que tienen que aguantar todo tipo de condiciones ambientales: calor, frío, lluvia, sequía, ausencia de nutrientes, estrés salino o inundaciones", comenta la científica Mónica Balsera, responsable de esta línea de investigación. "Cuando hay un exceso de luz, un animal se puede ir a la sombra, pero una planta se tiene que adaptar a cambios radicales entre el día y la noche o entre el invierno y el verano", añade en declaraciones a DiCYT.

Durante su evolución, las plantas han sido capaces de desarrollar una serie de mecanismos de defensa que les permiten soportar las condiciones ambientales extremas. En este sentido, "nosotros estudiamos el estrés fotooxidativo derivado de condiciones de alta intensidad lumínica, intentamos entender cómo la planta es capaz de soportar condiciones de alta luz", comenta la científica del IRNASA, centro del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

Cuando hay un estrés lumínico, se generan una gran cantidad de especies reactivas de oxígeno que afectarán a proteínas del cloroplasto que a su vez se comunican con el resto de la célula a través de lo que se conoce como rutas de señalización. "Queremos entender cuáles son esas proteínas, cómo detectan esas señales y transmiten información al resto de la célula", explica Mónica Balsera. Aunque el equipo que dirige apenas lleva dos años de trabajo, "a largo de este año tendremos resultados prometedores", asegura.

Herramientas

Para desarrollar su trabajo, el grupo utiliza herramientas de Biología molecular, Bioquímica de proteínas, Biología estructural, Bioinformática y Genómica de plantas. "Intentamos combinar todas estas metodologías para entender cómo funciona el cloroplasto en 'Arabidopsis thaliana'", es decir, en la planta modelo que más se utiliza en investigación. En ella modifican los genes para obtener plantas mutantes que comparar con la original y así analizar las funciones de los elementos modificados. En esencia, comparan los cloroplastos normales y los sometidos a gran intensidad lumínica para ver las diferencias y analizar "qué proteínas específicas del cloroplasto han cambiado su expresión en condiciones de estrés lumínico". Este trabajo se está llevando a cabo en colaboración con científicos de Suecia.

Además, este estudio puede permitir "encontrar patrones moleculares que permitan obtener plantas capaces de soportar una excesiva intensidad lumínica", algo que podría ser importante de cara al cambio climático que ya se está produciendo. Esta posibilidad pasa por conocer las funciones de genes y proteínas y abriría grandes posibilidades biotecnológicas.

Especies reactivas de oxígeno

Por otra parte, un exceso de luz y, por lo tanto, un exceso de energía hace que el oxígeno molecular se transforme en una especie reactiva de oxígeno capaz de dañar proteínas esenciales para el organismo vegetal, mediante reacciones de óxido-reducción (lo que se conoce también como reacción redox), pero este aspecto no sólo tiene implicaciones para las plantas, sino para muchos otros organismos, de manera que esta línea de investigación puede conectarse con otras muy diferentes.

"Las especies reactivas de oxígeno se están estudiando muchísimo en Medicina, por estar relacionadas con algunos procesos de cáncer y envejecimiento. Estudiar cómo esas especies reactivas de oxígeno funcionan en otros organismos, como las plantas, permite desarrollar nuevas ideas e hipótesis que se pueden transferir a otros organismos", comenta la investigadora.

Por eso, no es de extrañar que este grupo colabore con el de José María Pereda, en el Centro de Investigación del Cáncer (CIC), además de otros investigadores que parecen más cercanos a su línea de investigación, como Óscar Lorenzo, del Centro Hispanoluso de Investigaciones Agrarias (Ciale). Sin embargo, el estudio de la regulación redox también le ha llevado a colaborar internacionalmente con las universidades de California en Berkeley Virginia Tech, en Estados Unidos, porque "estos procesos de regulación redox existen en mamíferos, bacterias y arqueas".
 

En busca de una fotosíntesis artificial

Aunque queda lejos de su línea de investigación, Mónica Balsera explica que una de las contribuciones de este tipo de estudios es avanzar en la compresión total de la fotosíntesis y que lograrlo, a largo plazo, podría permitir controlarla de forma artificial, con todas las posibilidades que esto abriría.    La fotosíntesis el proceso por el que las plantas convierten la materia inorgánica en materia orgánica mediante la luz, el agua y el CO2 y que da como resultado el oxígeno que necesitamos para respirar y la fijación de carbono que permite el desarrollo de las plantas y, por lo tanto, nuestra alimentación, ya que algunos animales se comen las plantas y los seres humanos y otros animales, plantas y animales.   "Es un proceso limpio, porque consiste en tomar agua y luz y generar oxígeno molecular", comenta. "Controlar la fotosíntesis supondría tener una fuente de energía limpia e inagotable" y eso es lo que persiguen 'in vitro' muchos grupos de investigación, aunque es muy difícil, ya que las plantas lo han conseguido tras una larga evolución. Desde el punto de vista científico, supondría un reto que mezcla Química orgánica e inorgánica para lograr oxidar el agua, por ejemplo, proceso "muy difícil que las plantas consiguen simplemente usando luz como catalizador".