Las plantas se convierten en detectores de sustancias químicas peligrosas

¿Qué pasa si las plantas de su jardín le dicen que el agua no es segura? Los científicos están cerca de hacer realidad esta visión. Diseñaron con éxito una planta para que la remolacha se volviera roja en presencia de un pesticida tóxico y prohibido.

Las plantas se vuelven rojas en presencia de pesticidas.
Las plantas experimentales, que normalmente son verdes, se vuelven rojas en presencia de pesticidas tóxicos.
(Sean Cutler/UCR)

Para lograr este objetivo, los investigadores de UC Riverside tuvieron que resolver un misterio de ingeniería: ¿Cómo perciben y responden las plantas a las sustancias químicas del medio ambiente? sin destruir la capacidad de funcionar normalmente en todos los demás aspectos

«Lo más importante aquí es que hemos desarrollado un nuevo método», dijo Ian Wheeldon, profesor de ingeniería química y ambiental en la UCR. en la reutilización de plantas “El principal desafío es lograr esto sin afectar la capacidad de la planta para crecer y desarrollarse adecuadamente. Hasta donde sabemos, el nuevo sistema ha sido un éxito”.

Un nuevo artículo que detalla la química detrás de esta hazaña se publicó en la revista Nature Chemical Biology. El proceso de ingeniería comienza con «piratear» una proteína que detecta hormonas vegetales llamada ácido abscísico o ABA, lo que ayuda a las plantas a aclimatarse a los cambios ambientales estresantes.

durante la estación seca El suelo se seca y las plantas producen proteínas ABA adicionales llamadas receptores. Ayuda a las plantas a detectar y responder al ABA, lo que le indica a la planta que cierre los poros de sus hojas y tallos. Para que el agua se evapore menos y las plantas tienen menos probabilidades de marchitarse

El año pasado, un equipo de investigación demostró que se pueden entrenar proteínas receptoras de ABA para que se unan a sustancias químicas distintas del ABA, lo que les permitió crear sensores para una variedad de sustancias químicas. Incluyendo pesticidas prohibidos.

Estos nuevos receptores se pueden utilizar para crear pruebas de diagnóstico químico. Pero lo que el equipo quería hacer era diseñar sensores de plantas vivas. Esto requirió un extenso cableado del sistema receptor. Usando un sistema mejorado Diseñaron con éxito plantas para que se pusieran de color rojo remolacha cuando sus receptores detectan una sustancia química objetivo.

Aerosol insecticida
Un equipo de investigación ha diseñado plantas para que se vuelvan rojas en presencia de un pesticida prohibido. (Worldedit/iStock/Getty)

En esta demostración El equipo utilizó asinfos-etilo Este es un pesticida que está prohibido en muchas áreas porque es tóxico para los humanos.

«Nuestro objetivo es poder detectar fácilmente sustancias químicas en el medio ambiente a distancia», dijo Sean Cutler, profesor de biología de células vegetales en la UCR. «Si tienes estos campos y se vuelven rojos, Eso podría ser una señal clara de que alguien está usando un pesticida prohibido”.

Como parte del mismo experimento. El equipo de investigación también ha demostrado la capacidad de convertir otros seres vivos en sensores. que es levadura El equipo pudo mostrar la respuesta de la levadura a dos sustancias químicas diferentes al mismo tiempo. Ahora lo están haciendo en plantas.

“Sería fantástico si finalmente pudiéramos diseñar una instalación que pueda detectar docenas de sustancias químicas. Para que podamos usarlo como un sensor vivo que pueda durar muchos años y proporcionar datos ambientales», dijo Cutler. «Cuantos más sensores podamos colocar en una instalación, mejor. Especialmente para aplicaciones medioambientales. Pero existen límites a lo que podemos crear para estas nuevas capacidades de detección. Actualmente sólo detectamos dos sustancias químicas a la vez”.

Para ser claros, estas plantas no se cultivan comercialmente. Eso requeriría aprobación regulatoria, lo que podría llevar varios años. También es una tecnología nueva y hay cuestiones que deben resolverse antes de que pueda usarse en los campos de los agricultores o en otros lugares. En el mundo real, sin embargo, este descubrimiento abre la posibilidad.

“Diseñamos la fábrica para que la cerveza se vuelva roja cuando se detecten sustancias químicas prohibidas. Y estamos trabajando para poder detectar cualquier sustancia química. “No se trata sólo de pesticidas, sino también de medicamentos y antibióticos en el agua. Esto es algo a lo que a la gente le preocupa estar expuesta. Este tipo de aplicaciones ya está a nuestro alcance”.

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