Por Claudia Aurora Espinosa Leal y Silverio García Lara
Artículo de divulgación científica

Los seres humanos utilizamos las plantas todos los días por diferentes razones. Además de su uso como alimento, las plantas tienen usos cosméticos, de limpieza y medicinales, entre otros. Por ejemplo, piensa en el té de manzanilla que tomas para el dolor de estómago, o la penca de sábila que aplicas en las quemaduras de la piel.

Esto se debe a que las plantas, por naturaleza, pueden producir moléculas útiles para su sobrevivencia y también para nuestro uso. Sin embargo, cuando se requiere la producción de estas moléculas en cantidades industriales, no es posible sustentarlo únicamente del cultivo tradicional de las plantas a cielo abierto, ni de su explotación en reservas silvestres.

¿Se pueden cultivar plantas de otra forma?

Durante el cultivo tradicional en campo abierto la planta está expuesta a muchos peligros, como los insectos, las enfermedades, la falta de agua o de nutrientes, e incluso el reconocido cambio climático. De igual forma, no todas las plantas son cultivadas por el hombre, por lo que se requiere colectarlas desde su hábitat natural, como es el caso del chile de monte o piquín. Estas acciones de colecta pueden a largo plazo causar la disminución y extinción de la planta en su lugar de origen, un concepto conocido como sobreexplotación vegetal.

Casi cualquier planta se puede cultivar con la técnica in vitro, Aunque para producir moléculas importantes se utilizan plantas medicinales

Por dichas razones se deben utilizar cultivos alternativos sustentables, como el llamado cultivo in vitro, que literalmente significa cultivo dentro de vidrio o frasco. En este tipo de cultivo la planta “limpia”, sin contaminantes, se coloca dentro de recipientes de vidrio estériles, con una solución nutritiva conocida como medio artificial, la cual sustituye a la tierra y provee a la planta de minerales, vitaminas y azúcares que necesita para crecer. Posteriormente, los recipientes con las plantas se colocan en habitaciones especiales que permiten controlar la temperatura, la humedad y la cantidad de luz a la que están expuestas todos los días.

Casi cualquier tipo de planta se puede crecer de esta forma. Aunque para el propósito de producir moléculas importantes se utilizan plantas reconocidas como medicinales. Dos ejemplos importantes son la Echinacea y el Ginseng.

La técnica de cultivo in vitro, aunque muy útil, tiene un costo elevado. Ante ello, nuestro equipo trabaja actualmente para poder solventar este problema. En un inicio se pueden hacer cambios al medio de cultivo sustituyendo algunos de sus componentes por otros más accesibles, incluso orgánicos. Por ejemplo, en vez de utilizar sacarosa se puede usar el azúcar de mesa. También se puede reducir el gasto en electricidad al colocar las plantas cerca de ventanas, para que puedan aprovechar la luz natural. De esta forma mucho más sustentable es posible crecer plantas completas in vitro, técnica ideal para campañas de reforestación y de conservación de especies en peligro de extinción, como las cactáceas. De hecho, utilizando los cuidados apropiados es posible llegar a realizar esta técnica en casa.

Plantas en reactores

¿Alguna vez has tenido una planta tan llamativa que algún familiar o vecino te pide una ramita para sembrarla? Seguramente te has preguntado entonces cómo a partir de una parte de la planta, generalmente la rama, puede surgir otra nueva planta. Esto es debido a una característica distintiva de las plantas llamada totipotencialidad. Gracias a esta peculiaridad es posible utilizar, además de las semillas, cualquier parte de la planta para iniciar el cultivo in vitro, incluyendo hojas, tallo, raíz y flores. La totipotencialidad también permite que la planta forme una masa de células sin diferenciar, llamada callo, conocido como células madre vegetales. De igual forma se puede lograr el crecimiento con partes aisladas de las plantas, como raíces o tallos.

¿Te has preguntado cómo a partir de una parte de la planta, como la rama, puede surgir otra nueva planta?

Estas células de callo pueden ser cultivadas a gran escala utilizando medios líquidos en biorreactores. Esta es la forma más común que se utiliza para producción de los compuestos derivados de plantas medicinales a gran escala. El ejemplo más exitoso de este tipo de tecnología es el Paclitaxel, un potente medicamento contra el cáncer, derivado del árbol Taxus spp.

Vacunas en plantas

Ahora bien, ¿qué pasa cuando los compuestos que necesitamos no se producen naturalmente en las plantas?, ¿cómo pueden éstas ayudarnos? Existen algunas técnicas de ingeniería genética que pueden ayudar a introducir la maquinaria de fabricación de estos compuestos (genes) a las plantas. De esta forma se pueden producir vacunas y otros fármacos.

Dos de las principales técnicas empleadas son: transformación por Agrobacterium y Biobalística. La primera, Agrobacterium tumefaciens, es una bacteria que funciona causando tumores en las plantas, por medio de ellos se introducen genes específicos para que éstas sean capaces de producir las sustancias deseadas. La segunda técnica, la Biobalística, hace lo mismo, pero utilizando proyectiles muy pequeños cubiertos con los genes que se desean introducir. Aunque muy útiles, ambas técnicas han enfrentado mucha polémica y restricciones por parte de las agencias gubernamentales y el público en general. La edición genética es una nueva técnica muy prometedora que permite una inserción más precisa de los genes que las técnicas anteriores, pero su utilidad aún está por ser explorada.

En conclusión

El cultivo de plantas in vitro es una excelente alternativa al cultivo tradicional cuando se quiere tener plantas sanas y libres de patógenos en condiciones controladas. Estas plantas se pueden utilizar para producir medicamentos naturales, incluso a grandes escalas. Además, como hemos explicado, existen nuevas técnicas genéticas que nos ayudan a producir más de estos compuestos, e incluso otros que no son naturalmente producidos por las plantas. La figura 1 muestra un esquema explicativo del cultivo in vitro.

Figura 1. Diagrama de los métodos actuales empleados para la producción a gran escala de compuestos bioactivos, utilizando cultivo de tejidos de plantas in vitro.

¿Quieres saber más?

Espinosa-Leal, C.A., C.A. Puente-Garza, and S. García-Lara. 2018. “In vitro plant tissue culture: means for production of biological active compounds”. Planta. 248.

El artículo científico está disponible en el siguiente DOI: https://doi.org/10.1007/s00425-018-2910-1

Los autores

Claudia Aurora Espinosa Leal es Doctora en Ciencias con acentuación en Química de Productos Naturales, por la UANL. Actualmente trabaja como investigadora posdoctoral en el grupo Bioscience del Tecnológico de Monterrey. Sus principales líneas de investigación son Cultivo de tejidos vegetales para la producción de metabolitos, Crecimiento de microvegetales en sistemas in-house para granjas urbanas, y Nutracéutica de cereales. claudia_espinosa@tec.mx

Silverio García Lara es Doctor en Biología Experimental, por la UAM. Actualmente es profesor investigador de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey. Es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias y del Sistema Nacional de Investigadores de Conacyt. sgarcialara@tec.mx

Glosario

Planta medicinal: Plantas que se utilizan (ya sea completas o alguna de sus partes) para el tratamiento o prevención de padecimientos en personas y animales.
Cultivo in vitro: Técnicas que permiten el crecimiento y mantenimiento de células, tejidos, órganos y plantas completas en medios nutritivos y bajo condiciones asépticas y controladas.
Medio de cultivo: Solución o gel nutritivo que permite el crecimiento de plantas.
Genes: Unidad de información de ADN.
Totipotencialidad: Capacidad de la célula de dar origen a cada tipo de célula del adulto.
Biorreactores: Recipiente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo.
Callo: Masa de células no diferenciadas.
Edición Genética: Nueva técnica denominada CRISPR que permite modificar el ADN a partir del sistema defensivo de las bacterias.

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