23.06.2022 - University of California, Riverside

El estrés de las plantas se transforma en pruebas rápidas para detectar sustancias químicas peligrosas

Un método barato detecta cannabinoides sintéticos y pesticidas prohibidos

Los científicos han modificado las proteínas que intervienen en la respuesta natural de las plantas al estrés, convirtiéndolas en la base de innovadoras pruebas para múltiples productos químicos, incluidos los pesticidas prohibidos y los mortales cannabinoides sintéticos.

Durante la sequía, las plantas producen ABA, una hormona que les ayuda a retener el agua. Otras proteínas, llamadas receptores, ayudan a la planta a reconocer y responder al ABA. Los investigadores de la UC Riverside ayudaron a demostrar que estos receptores de ABA pueden modificarse fácilmente para señalar rápidamente la presencia de casi 20 sustancias químicas diferentes.

El trabajo del equipo de investigación para transformar estas moléculas de origen vegetal se describe en un nuevo artículo de la revista Nature Biotechnology.

Los investigadores necesitan con frecuencia detectar todo tipo de moléculas, incluidas las que dañan a las personas o al medio ambiente. Aunque existen métodos para hacerlo, suelen ser costosos y requieren equipos complicados.

"Sería transformador si pudiéramos desarrollar pruebas rápidas con tiras reactivas para saber si una sustancia química peligrosa, como un cannabinoide sintético, está presente. Este nuevo trabajo ofrece una hoja de ruta para hacerlo", dijo Sean Cutler, profesor de biología celular vegetal de la UCR y coautor del trabajo.

El problema de los cannabinoides sintéticos es algo que Cutler llama "el juego de la regulación". Como mandan a la gente al hospital, las autoridades han intentado prohibirlos en este país. Sin embargo, cada año surgen docenas de nuevas versiones antes de que puedan ser controladas.

"Nuestro sistema podría configurarse para detectar las variaciones de cannabinoides fabricadas en laboratorio con la misma rapidez con la que aparecen en el mercado", dijo Cutler.

El equipo de investigación también demostró que su sistema de pruebas puede señalar la presencia de organofosforados, que incluyen muchos pesticidas prohibidos que son tóxicos y potencialmente letales para los seres humanos. No todos los pesticidas organofosforados están prohibidos, pero poder detectar rápidamente los que sí lo están podría ayudar a las autoridades a controlar la calidad del agua sin necesidad de realizar pruebas más costosas en los laboratorios.

Para este proyecto, los investigadores demostraron el sistema en células de levadura cultivadas en laboratorio. En el futuro, al equipo le gustaría introducir las moléculas modificadas en plantas que pudieran servir de sensores biológicos. En ese caso, una sustancia química del entorno podría hacer que las hojas adquirieran colores específicos o cambiaran de temperatura.

Aunque el trabajo se centra en los cannabinoides y los pesticidas, el avance clave aquí es la capacidad de desarrollar rápidamente diagnósticos para sustancias químicas utilizando un sistema sencillo y barato. "Si podemos ampliar esto a muchas otras clases de sustancias químicas, es un gran paso adelante porque el desarrollo de nuevas pruebas puede ser un proceso lento", dijo Ian Wheeldon, coautor del estudio e ingeniero químico de la UCR.

Esta investigación se desarrolló a través de un contrato con el Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth para apoyar el programa de Tecnologías Vegetales Avanzadas (APT) de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). El equipo incluía científicos del Medical College of Wisconsin, la Universidad Estatal de Michigan y el Donald Danforth Plant Science Center de St. Este trabajo fue facilitado por el ingeniero químico y biológico Timothy Whitehead de la Universidad de Colorado, en Boulder.

Para crear este sistema, los investigadores aprovecharon la capacidad de la hormona del estrés vegetal ABA para activar y desactivar las moléculas receptoras. En la posición de "encendido", los receptores se unen a otra proteína, formando un complejo apretado que puede desencadenar respuestas visibles, como el brillo. Whitehead, colaborador del trabajo, utilizó herramientas computacionales de última generación para ayudar a rediseñar los receptores, lo que fue fundamental para el éxito del trabajo del grupo.

"Tomamos una enzima que puede brillar en el contexto adecuado y la dividimos en dos piezas. Una pieza en el interruptor y la otra en la proteína a la que se une", explicó Cutler. "Este truco de unir dos cosas en presencia de una tercera sustancia química no es nuevo. Nuestro avance demuestra que podemos reprogramar el proceso para que funcione con muchas terceras sustancias químicas diferentes."

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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