El tabaco, como alternativa para la producción de almidón, biocombustibles y hasta albúmina humana

Investigaciones agrarias realizadas en Navarra mostraron el incremento que se le puede dar al tabaco en diferentes usos, al conseguir que esta planta produzca 7 veces más almidón que hasta, 5 veces más azucares fermentables y hasta albúmina humana.

Con estas modificaciones genéticas, explica la ingeniera agrónoma Ruth Sanz Barrio, investigadora en el Instituto de Agrobiotecnología (centro mixto del CSIC, Universidad Pública de Navarra y Gobierno de Navarra), se podrá fabricar biocombustibles, utilizando a la planta de tabaco como alternativa a cultivos alimenticios utilizados actualmente, y para producir la albúmina, la cual es la proteína intravenosa más utilizada en el mundo con fines terapéuticos.

El trabajo de Ruth Sanz, como parte de su tesis doctoral, ha demostrado la viabilidad de utilizar determinadas proteínas del tabaco –denominadas tiorredoxinas (Trxs)– como herramientas biotecnológicas en plantas, que es con la cual se logró el incremento en un 700% de la cantidad de almidón producido en las hojas de tabaco y de un 500% en los azúcares fermentables.

“Creemos que estas plantas modificadas genéticamente serían una buena alternativa a los cultivos de uso alimentario para producir biocombustibles y se daría una salida a las zonas tabacaleras de España, que ven peligrar su futuro con la desaparición de las ayudas europeas a este cultivo”, comenta la investigadora, quien publicó el artículo cientofico en Frontiers in Plant Science.

En el desarrollo del trabajo se mostró por primera vez in vivo que la tiorredoxina f es más eficiente que la Trx m en la regulación del metabolismo de carbohidratos, ya que “provoca un notable incremento en la cantidad de almidón en hoja, que puede alcanzar hasta un 700% respecto a la cantidad obtenida en la planta control no modificada”. Esto, explica Ruth Sanz, ha sido también novedoso, ya que “hasta ahora se pensaba que ambas Trxs actuaban de la misma forma, pero hemos demostrado que no es así”.

Una vez comprobada la función reguladora de la Trx f en la síntesis de almidón, la investigadora se centró en su posible aplicación en cultivos energéticos, utilizados para producir bioetanol.

“Vimos que las hojas de las plantas de tabaco modificadas genéticamente liberaban un 500% más de azúcares fermentables, que posteriormente serían convertidos en bioetanol y se podrían obtener hasta 40 litros de bioetanol por tonelada de hojas frescas –según el cálculo teórico proporcionado por el Centro Nacional de Energías Renovables, donde se realizó el ensayo enzimático–. Esto supondría un incremento del rendimiento de bioetanol de hasta 10 veces con respecto a la planta de tabaco control sin transformar”.

El tabaco mejorado genéticamente sería una buena alternativa para las zonas de cultivo de tabaco, al convertir las plantas en una fuente alternativa de biomasa en zonas . Para España apuntó las regiones de Extremadura y Andalucía, pero la mejora puede ser susceptible de usarse en todos los lugares donde se siembra tabaco.

Los cálculos estimados de producción de almidón de estas variedades mejoradas serían equivalentes a los de cultivos como la cebada y el trigo. “Dado que los cereales se utilizan actualmente como materia prima para la producción de bioetanol, el tabaco mejorado genéticamente podría ser una fuente alternativa de biomasa y obtención de energías limpias”.

Producción de albúmina humana

En el desarrollo de su investigación, Ruth Sanz también demostró la capacidad de las tiorredoxinas f y m del tabaco para aumentar la producción de proteínas como la albúmina humana.

“Hemos conseguido un procedimiento más fácil y barato para producirla en la planta de tabaco y extraerla –explica–. Mediante la fusión de los genes que codifican las Trxs f o m, aumentamos la cantidad de proteína recombinante (en nuestro caso, la albúmina). Conseguimos también mejorar la solubilidad y el plegamiento de la albúmina, lo cual favorece su extracción de la planta y abarata los costes derivados de dicho proceso”.

“Desde hace tiempo se sabía que las Trxs tenían una función reguladora en los seres vivos, pero en la tesis hemos demostrado que además pueden actuar ayudando a otras proteínas para que se plieguen y estructuren de manera que sean funcionales”, añade la investigadora.

La albúmina humana es la proteína intravenosa más utilizada en el mundo con fines terapéuticos. Sirve para estabilizar el volumen sanguíneo y evitar el riesgo de infarto y su aplicación en quirófanos es prácticamente diaria. Se emplea también en quemaduras, operaciones de cirugía, hemorragias o cuando el paciente presenta desnutrición o deshidratación, infecciones crónicas y enfermedades renales o hepáticas.

Aunque la albúmina comercial se extrae de la sangre, la falta de un volumen de reserva suficiente ha llevado a muchos investigadores a buscar nuevas fórmulas para obtener esta proteína a gran escala, de forma económica y segura.

Referencias bibliográficas:

Rey, P.; Sanz-Barrio, R.; Innocenti, G.; Ksas, B.; Rumeau, D.; Issakidis-Bourguet, E. and Farran, I. «Overexpression of plastidial Trxs m and f alters in distinct ways photosynthetic activity and response to oxidative stress in tobacco plants». Front. Plant Sci. 4: 390, 2013. Doi: 10.3389/fpls.2013.00390

Sanz-Barrio, R.; Corral-Martínez, P.; Ancin, M.; Seguí-Simarro, J.M. and Farran, I. «Overexpression of plastidial thioredoxin f leads to enhanced starch accumulation in tobacco leaves». Plant Biotechnol J. 11 (5): 618-27, 2013.

La tesis Caracterización y aplicaciones biotecnológicas de las tiorredoxinas plastidiales f y m de tabaco ha sido dirigida por la profesora Inmaculada Farran Blanch, del departamento de Producción Agraria de la Universidad Pública de Navarra.

La ingeniera agrónoma Ruth Sanz Barrio, investigadora en el Instituto de Agrobiotecnología (centro mixto del CSIC, Universidad Pública de Navarra y Gobierno de Navarra), ha demostrado la viabilidad de utilizar determinadas proteínas del tabaco –denominadas tiorredoxinas (Trxs)– como herramientas biotecnológicas en plantas.

En concreto, ha logrado incrementar en un 700% la cantidad de almidón producido en las hojas de tabaco y en un 500% los azúcares fermentables, según demuestra en su tesis doctoral y publica en la revista Frontiers in Plant Science.

“Creemos que estas plantas modificadas genéticamente serían una buena alternativa a los cultivos de uso alimentario para producir biocombustibles y se daría una salida a las zonas tabacaleras de nuestro país, que ven peligrar su futuro con la desaparición de las ayudas europeas a este cultivo”, comenta la investigadora.

El tabaco como biocombustible daría una salida a las zonas tabacaleras

En el desarrollo del trabajo se ha mostrado por primera vez in vivo que la tiorredoxina f es más eficiente que la Trx m en la regulación del metabolismo de carbohidratos, ya que “provoca un notable incremento en la cantidad de almidón en hoja, que puede alcanzar hasta un 700% respecto a la cantidad obtenida en la planta control no modificada”. Esto, explica Ruth Sanz, ha sido también novedoso, ya que “hasta ahora se pensaba que ambas Trxs actuaban de la misma forma, pero hemos demostrado que no es así”.

Una vez comprobada la función reguladora de la Trx f en la síntesis de almidón, la investigadora se centró en su posible aplicación en cultivos energéticos, utilizados para producir bioetanol.

“Vimos que las hojas de las plantas de tabaco modificadas genéticamente liberaban un 500% más de azúcares fermentables, que posteriormente serían convertidos en bioetanol y se podrían obtener hasta 40 litros de bioetanol por tonelada de hojas frescas –según el cálculo teórico proporcionado por el Centro Nacional de Energías Renovables, donde se realizó el ensayo enzimático–. Esto supondría un incremento del rendimiento de bioetanol de hasta 10 veces con respecto a la planta de tabaco control sin transformar”.

El tabaco mejorado genéticamente podría ser una fuente alternativa de biomasa en zonas como Extremadura y Andalucía, tradicionalmente productoras de tabaco. Los cálculos estimados de producción de almidón de estas variedades mejoradas serían equivalentes a los de cultivos como cebada o trigo. “Dado que los cereales se utilizan actualmente como materia prima para la producción de bioetanol, el tabaco mejorado genéticamente podría ser una fuente alternativa de biomasa y obtención de energías limpias”.

Producción de albúmina humana

En el desarrollo de su investigación, Ruth Sanz también ha demostrado la capacidad de las tiorredoxinas f y m del tabaco para aumentar la producción de proteínas como la albúmina humana.

Las tiorredoxinas ayudan a plegarse a otras proteínas para que sean funcionales

“Hemos conseguido un procedimiento más fácil y barato para producirla en la planta de tabaco y extraerla –explica–. Mediante la fusión de los genes que codifican las Trxs f o m, aumentamos la cantidad de proteína recombinante (en nuestro caso, la albúmina). Conseguimos también mejorar la solubilidad y el plegamiento de la albúmina, lo cual favorece su extracción de la planta y abarata los costes derivados de dicho proceso”.

“Desde hace tiempo se sabía que las Trxs tenían una función reguladora en los seres vivos, pero en la tesis hemos demostrado que además pueden actuar ayudando a otras proteínas para que se plieguen y estructuren de manera que sean funcionales”, añade la investigadora.

La albúmina humana es la proteína intravenosa más utilizada en el mundo con fines terapéuticos. Sirve para estabilizar el volumen sanguíneo y evitar el riesgo de infarto y su aplicación en quirófanos es prácticamente diaria. Se emplea también en quemaduras, operaciones de cirugía, hemorragias o cuando el paciente presenta desnutrición o deshidratación, infecciones crónicas y enfermedades renales o hepáticas.

Aunque la albúmina comercial se extrae de la sangre, la falta de un volumen de reserva suficiente ha llevado a muchos investigadores a buscar nuevas fórmulas para obtener esta proteína a gran escala, de forma económica y segura.

Referencias bibliográficas:

Rey, P.; Sanz-Barrio, R.; Innocenti, G.; Ksas, B.; Rumeau, D.; Issakidis-Bourguet, E. and Farran, I. «Overexpression of plastidial Trxs m and f alters in distinct ways photosynthetic activity and response to oxidative stress in tobacco plants». Front. Plant Sci. 4: 390, 2013. Doi: 10.3389/fpls.2013.00390

Sanz-Barrio, R.; Corral-Martínez, P.; Ancin, M.; Seguí-Simarro, J.M. and Farran, I. «Overexpression of plastidial thioredoxin f leads to enhanced starch accumulation in tobacco leaves». Plant Biotechnol J. 11 (5): 618-27, 2013.

La tesis Caracterización y aplicaciones biotecnológicas de las tiorredoxinas plastidiales f y m de tabaco ha sido dirigida por la profesora Inmaculada Farran Blanch, del departamento de Producción Agraria de la Universidad Pública de Navarra.