El COVID-19 trágicamente les ha dado a muchas personas un curso acelerado sobre la importancia de los anticuerpos, las proteínas que atacan a los patógenos y que son producidas por los sofisticados sistemas inmunológicos de los humanos y otros animales. Ahora, los investigadores de un instituto de investigación de plantas del Reino Unido han encontrado una manera de dotar a las plantas de una defensa basada en anticuerpos para una amenaza específica, lo que podría acelerar la creación de cultivos resistentes a cualquier tipo de virus, bacteria u hongo emergente.
“Es un enfoque realmente creativo y audaz”, dice Jeff Dangl, inmunólogo de plantas de la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill. Roger Innes, genetista de plantas de la Universidad de Indiana, Bloomington, agrega: «Esto sería mucho, mucho más rápido que el fitomejoramiento estándar y, con suerte, mucho más efectivo».
La estrategia es inocular una alpaca u otro pariente del camello con una proteína del patógeno de la planta que se va a atacar, purificar los anticuerpos inusualmente pequeños que producen y diseñar el segmento del gen correspondiente para ellos en el gen inmunológico de una planta. En una prueba de concepto descrita hoy en Cienciaeste enfoque equipó a una especie de planta modelo con inmunidad contra una versión modificada de un virus que infecta las papas y los cultivos relacionados.
Los agricultores pierden muchos miles de millones de dólares por enfermedades de las plantas cada año, y los patógenos emergentes plantean nuevas amenazas para la seguridad alimentaria en el mundo en desarrollo. Las plantas han desarrollado su propio sistema inmunológico multifacético, iniciado por receptores celulares que reconocen características generales de patógenos, como una pared celular bacteriana, así como receptores intracelulares para moléculas secretadas por patógenos específicos. Si una célula vegetal detecta estas moléculas, puede desencadenar su propia muerte para salvar al resto de la planta. Pero los patógenos de las plantas a menudo evolucionan y evaden esos receptores.
Un sueño de larga data en la biotecnología vegetal es crear genes diseñados para resistir enfermedades que puedan producirse tan pronto como surjan los patógenos. Un enfoque es editar el gen de un receptor inmunitario vegetal, alterando la forma de la proteína para que reconozca una molécula patógena particular. Esto requiere un conocimiento específico tanto del receptor como de su objetivo en el patógeno.
En cambio, Sophien Kamoun, bióloga molecular del Laboratorio Sainsbury, y sus colegas aprovecharon un sistema inmunológico animal para ayudar a realizar las modificaciones del receptor. Durante una infección con un nuevo patógeno, los animales producen miles de millones de anticuerpos sutilmente diferentes y, en última instancia, seleccionan y producen en masa aquellos que mejor atacan al invasor.
Los camélidos, que incluyen alpacas, camellos y llamas, son caballos de batalla para el diseño de anticuerpos porque sus sistemas inmunológicos crean versiones compactas, llamadas nanocuerpos, codificados por genes pequeños. Como prueba de principio de la nueva estrategia de defensa de las plantas, el grupo de Kamoun recurrió a dos nanocuerpos de camélidos estándar que no reconocen proteínas patógenas, sino dos moléculas fluorescentes diferentes, incluida una llamada proteína fluorescente verde (GFP). El equipo eligió estos nanocuerpos para detectar virus de prueba, en este caso un virus de la patata, diseñado para producir proteínas fluorescentes.
Jiorgos Kourelis, un postdoctorado en el laboratorio de Kamoun, fusionó por primera vez el gen del nanocuerpo dirigido a GFP con el gen de un receptor inmunitario intracelular en el pariente del tabaco. Nicotiana benthamiana. En una demostración de seguimiento, repitió la hazaña con el gen del nanocuerpo reconociendo la otra proteína brillante. Fueron necesarios varios intentos y ajustes para crear plantas que no generaran respuestas autoinmunes debido a los receptores modificados, lo que habría atrofiado el crecimiento y perjudicado la fertilidad.
A continuación, Clémence Marchal, también postdoctorado en el laboratorio de Kamoun, investigó qué tan bien las plantas con los receptores mejorados con nanocuerpos detectaban los virus alterados de la papa. Marchal descubrió que las plantas montaron una respuesta inmune vigorosa (los parches de células autodestructivas eran visibles a simple vista) y casi no experimentaron replicación viral, mientras que las hojas de las plantas de control sufrieron infección.
Los fitomejoradores a menudo “apilan” genes de resistencia en variedades de plantas para agregar protección contra varias enfermedades a la vez. En el experimento del equipo, las plantas que recibieron genes para ambos tipos de nanocuerpos estaban protegidas contra cualquiera de los virus. “La parte emocionante de esta tecnología es que tenemos el potencial de crear genes de resistencia hechos a la medida y mantenernos al día con un patógeno”, dice Kamoun.
Desde entonces, el grupo ha diseñado un cultivo para producir nanocuerpos que detectan moléculas patógenas reales, aunque Kamoun se niega a identificar la planta antes de que el equipo haya probado si resiste el ataque de los patógenos. El Laboratorio Sainsbury ha presentado solicitudes de patentes en todo el mundo sobre la estrategia, incluso en Europa, donde la oposición pública a la ingeniería genética significa que es poco probable que se comercialice en el corto plazo. Pero Kamoun dice que hay interés comercial de otros lugares.
Dangl y otros son optimistas de que el enfoque de nanocuerpos debería funcionar en los cultivos. “Esta tecnología es un cambio de juego potencial”, dice. Ksenia Krasileva, genetista de la Universidad de California, Berkeley, dice que la fusión de nanocuerpos con receptores inmunes de plantas abre un vasto cuerpo de conocimiento biomédico para los científicos de plantas. “Ahora podemos aprovechar toda esa investigación y traducirla para salvar cultivos. Aquí tenemos un punto de fusión perfecto”.
