Nou avanç en la fixació biològica de nitrogen en arròs

 

Investigadores i investigadors del Centre de Biotecnologia i Genòmica de Plantes (CBGP), creat per la Universitat Politècnica de Madrid (UPM) i l'Institut Nacional de Recerca i Tecnologia Agrària i Alimentària (INIA/CSIC), han col·laborat amb la Universitat de Lleida-Agrotecnio i la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA) per a produir els primers cereals transgènics que expressen dos components clau de la nitrogenasa, l'enzim que fixa el nitrogen atmosfèric convertint-lo en amoníac.

 

Cada component s'ha produït en una línia de planta transgènica diferent i s'ha demostrat que és biològicament actiu in vitro o en plantes vives. Aquestes plantes transgèniques encara no poden fixar el seu propi nitrogen perquè es necessiten components addicionals per a reconstruir l'enzim nitrogenasa complet, però el treball és pioner en demostrar per primera vegada que és possible expressar aquestes proteïnes altament sensibles a l'oxigen de manera estable en les plantes, i que les mateixes proteïnes conserven les seves activitats.

 

Els cultius necessiten nitrogen per a créixer i ser productius, ja que aquest és un dels principals components de l'ADN, les proteïnes, la clorofil·la i les molècules d'emmagatzematge d'energia, com l'adenosina trifosfat (ATP). La majoria dels cultius depenen dels subministraments de nitrat i amoni procedents dels fertilitzants sintètics industrials, però més de la meitat d'ells no s'assimilen, percolant rius i llacs com una important font de contaminació.

 

Els cultius de lleguminoses, com els pèsols i les mongetes, alberguen bacteris que converteixen el gas nitrogen directament en amoníac mitjançant un enzim anomenat nitrogenasa. Aquest procés es coneix com a fixació biològica del nitrogen. La introducció de gens de nitrogenasa en les plantes de cultiu proporcionaria la maquinària necessària per a fixar el nitrogen de manera independent. No obstant això, el procés és extremadament complex perquè es requereixen moltes proteïnes individuals diferents, no sols com a components estructurals directes de la nitrogenasa, sinó també proteïnes accessòries necessàries per al seu assemblatge i el subministrament d'energia. A més, els principals components proteics són extremadament sensibles a l'oxigen.

 

Els investigadors van superar aquest coll d'ampolla crític produint dinitrogenasa reductasa funcional (proteïna Fe, NifH) i una maturasa del cofactor de la nitrogenasa (NifB) separadament en línies d'arròs transgèniques. La recerca sobre l'expressió de la nitrogenasa sol realitzar-se en plantes model de laboratori. En canvi, en centrar-se en l'arròs, un important cultiu bàsic que proporciona la principal o única font de calories a més de 2.500 milions de persones en països en vies de desenvolupament, la importància i l'impacte dels resultats dels estudis augmenten substancialment.

 

La importància d'aquest treball l'explica l'investigador principal del projecte, el Dr. Luis Rubio: "es tracta d'un gran avanç de la bioenginyeria, ja que derroca dos obstacles tècnics i mostra el camí per a generar cereals fixadors de nitrogen". L'assoliment resol un dels principals impediments per a la fixació biològica del nitrogen en els cultius i estableix les bases per a l'assemblatge d'un complex de nitrogenasa complet i funcional en les plantes. Els treballs posteriors per a aconseguir establir plantes que continguin la nitrogenasa completa podrien tenir un impacte durador en la seguretat alimentària mundial, tal com afirma el Dr. Paul Christou, professor de recerca ICREA i líder del projecte en la Universitat de Lleida-Agrotecnio: "una de les principals repercussions del treball a llarg termini es donaria als països d'ingressos baixos i mitjans, que no poden permetre's els cars fertilitzants nitrogenats".

 

El treball, que s'ha publicat en dues revistes científiques d'alt impacte, Communications Biology i American Chemical Society Synthetic Biology, forma part d'un programa de recerca finançat per una subvenció de la Bill & Melinda Gates Foundation al Dr. Luis Rubio.