Biotecnología
Indicios de que se puede dar a los animales o a los humanos la capacidad de realizar la fotosíntesis y revolucionar la ecuación de la vida
Recreación artística de un humano fotosintético. / IA/T21
Eduardo Martínez de la Fe
Madrid 07 NOV 2024
Investigadores japoneses han introducido cloroplastos de un alga unicelular en las células de un hámster y los mantuvieron activos durante varios días, provocando que las células crecieran más rápido. Un impulso a la ingeniería de tejidos, a la biotecnología y tal vez a futuros humanos fotosintéticos.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio, liderado por el profesor Sachihiro Matsunaga, ha logrado un avance revolucionario en el campo de la biología sintética al introducir cloroplastos activos de algas (estructuras que contienen clorofila) en células de mamífero, permitiéndoles realizar fotosíntesis. Este logro, que parecía imposible hasta ahora, abre nuevas posibilidades en la ingeniería de tejidos y la biotecnología.
El estudio, publicado en Proceedings of the Japan Academy Series B, demuestra que los cloroplastos extraídos de algas rojas pueden sobrevivir y funcionar en células de hámster durante al menos dos días. "Hasta donde sabemos, esta es la primera detección reportada de transporte de electrones fotosintéticos en cloroplastos implantados en células animales", afirma el profesor Matsunaga.
Hasta dos días
Los investigadores utilizaron células cultivadas derivadas de hámsters como huéspedes para los cloroplastos de algas rojas. Mediante diversas técnicas de imagen, incluyendo microscopía confocal, microscopía de superresolución y microscopía electrónica, examinaron la estructura de los cloroplastos dentro de las células. Además, confirmaron la actividad fotosintética utilizando fluorometría de modulación de amplitud de pulso.
Contrariamente a las expectativas iniciales, los cloroplastos no fueron digeridos rápidamente por las células animales. "Pensamos que los cloroplastos serían digeridos por las células animales en cuestión de horas después de ser introducidos. Sin embargo, lo que encontramos fue que continuaron funcionando hasta por lo menos dos días", explicó Matsunaga.
Aplicaciones interesantes
Este avance podría tener aplicaciones significativas en la ingeniería de tejidos celulares. El profesor Matsunaga señala al respecto: "los tejidos cultivados en laboratorio, como órganos artificiales, carne artificial y láminas de piel, están hechos de múltiples capas de células. Sin embargo, existe un problema: no pueden aumentar de tamaño debido a la hipoxia (bajos niveles de oxígeno) dentro del tejido, lo que impide la división celular. Al mezclar células con cloroplastos implantados, se podría suministrar oxígeno a las células a través de la fotosíntesis, mediante irradiación de luz, mejorando así las condiciones dentro del tejido para permitir el crecimiento".
El equipo observó que las células animales que contenían cloroplastos experimentaron una mayor tasa de crecimiento celular, lo que sugiere que los cloroplastos proporcionaron una fuente de carbono (combustible) para las células huésped.
La imagen de fluorescencia muestra cloroplastos (de color magenta) incorporados con éxito a las células de hámster, con otras características de la célula animal también resaltadas (núcleos en azul claro y orgánulos en verde amarillento). / © R. Aoki, Y. Inui, Y. Okabe et al. 2024/ Proceedings of the Japan Academy, Series B
Células revolucionarias
Esto abre nuevas líneas de investigación sobre los procesos involucrados en el intercambio de sustancias entre la célula huésped y los cloroplastos, así como sobre las sustancias adicionales que se producen.
Mirando hacia el futuro, Matsunaga expresa su optimismo: "esperamos que las células 'planimales' sean células revolucionarias que en el futuro puedan ayudarnos a lograr una 'transformación verde' hacia una sociedad más neutral en carbono. Continuaremos desarrollando biotecnologías innovadoras con el objetivo de realizar una sociedad sostenible y la reducción de las emisiones de dióxido de carbono".
Paso hacia humanos fotosintéticos
Este avance se suma a ejemplos naturales de simbiosis entre organismos fotosintéticos y animales, como las almejas gigantes que viven en relación simbiótica con algas.
Este estudio representa un paso significativo hacia la integración de características vegetales en células animales, abriendo nuevas posibilidades en el campo de la biología sintética y la medicina regenerativa.
Y aunque aún estamos lejos de crear humanos fotosintéticos, si después de este experimento se pudieran integrar cloroplastos activos en nuestras células, esto nos daría la capacidad de realizar la fotosíntesis, lo que proporcionaría oxígeno y nutrientes adicionales a nuestros tejidos.
En 2021, los investigadores demostraron que órganos como el cerebro pueden beneficiarse de este “oxígeno verde” cuando introdujeron microalgas vivas en la sangre de larvas de rana. La nueva investigación da mayor consistencia a esta línea de investigación.
Impacto prometedor
Lo que podría suponer esta remota posibilidad tendría un gran impacto sobre las personas y la naturaleza.
Si los científicos pudieran diseñar la fotosíntesis humana modificando nuestra biología para desarrollar esta habilidad, eliminaríamos la huella de carbono de los alimentos, acabaríamos con el hambre, la desnutrición y las alergias y enfermedades relacionadas con los alimentos.
De hecho, ya hay animales que viven de la fotosíntesis, como la babosa Elysia chlorotica, el alga Symbiodinium o la salamandra Ambystoma maculatum, que alimentan esta posibilidad de extender esa capacidad a animales más complejos como los humanos.
Sin embargo, conseguir que los humanos realicen la fotosíntesis de la luz solar es casi imposible. Los humanos necesitamos una enorme cantidad de energía para sobrevivir: entre 1.600 y 2.400 calorías al día, mientras que la demanda de glucosa de nuestro cuerpo es mayor de lo que la fotosíntesis puede absorber.
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Referencia
Incorporation of photosynthetically active algal chloroplasts in cultured mammalian cells towards photosynthesis in animals. Ryota AOKI et al. Proceedings of the Japan Academy Series B. DOI:https://doi.org/10.2183/pjab.100.035
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Fuente:
