¿Y si las plantas que crecen en un campo pudieran algún día producir las mismas proteínas que confieren a la leche su valor nutricional, su textura y sus propiedades para la elaboración de queso? Un nuevo estudio acerca esa posibilidad al revelar un mecanismo inesperado mediante el cual las semillas de las plantas pueden fabricar y almacenar una de las proteínas más importantes de la leche. El descubrimiento podría ayudar a superar uno de los principales obstáculos para producir proteínas lácteas auténticas sin recurrir a las vacas, abriendo el camino hacia ingredientes lácteos más sostenibles y nuevas alternativas para la producción de alimentos.
¿Y si el ingrediente clave que proporciona a la leche su valor nutricional, su textura cremosa y su capacidad para la elaboración de queso pudiera cultivarse dentro de las plantas en lugar de producirse en las vacas?
Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalem han dado un importante paso hacia ese objetivo. En un nuevo estudio publicado en la revista Frontiers in Plant Science, demostraron que las plantas pueden producir con éxito β-caseína, una de las principales proteínas presentes en la leche de vaca. Aún más sorprendente, la proteína se acumuló en un lugar completamente inesperado dentro de las células vegetales, revelando una vía hasta ahora desconocida que podría mejorar la producción de proteínas de origen animal en cultivos.
La investigación fue dirigida por el profesor Oded Shoseyov, de la Facultad Robert H. Smith de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente de la Universidad Hebrea de Jerusalem, junto con el autor principal Almog Ozeri, Mai Shamir, Miron Abramson, Barak Cohen y Amir Rudich, en colaboración con la empresa neozelandesa Miruku.
A medida que la demanda mundial de productos lácteos continúa creciendo y aumentan las preocupaciones por las emisiones de gases de efecto invernadero, el uso de la tierra y el consumo de agua asociados con la ganadería, los científicos han buscado formas sostenibles de producir proteínas lácteas auténticas sin depender de los animales. La agricultura molecular vegetal, que utiliza los cultivos como pequeñas fábricas de proteínas, ha surgido como una de las estrategias más prometedoras. Sin embargo, producir proteínas lácteas complejas en plantas ha seguido siendo un importante desafío técnico.
Para abordar este problema, los investigadores modificaron genéticamente semillas de Arabidopsis para producir β-caseína bovina fusionada con una pequeña porción de una proteína de los cuerpos lipídicos vegetales denominada oleosina, la cual se une a estos cuerpos de aceite. Posteriormente evaluaron diferentes “direcciones celulares”, orientando la proteína hacia distintos compartimentos de la célula vegetal para determinar dónde se acumulaba con mayor eficiencia.
El equipo esperaba que la proteína se almacenara en vacuolas especializadas. Sin embargo, observaciones mediante microscopía electrónica de alta resolución revelaron un resultado completamente diferente.
En lugar de acumularse en el compartimento previsto, la proteína láctea formó estructuras, hasta ahora no descritas, ricas en proteínas y similares a las micelas naturales de caseína, estrechamente asociadas con pequeños cuerpos lipídicos presentes en las células de la semilla. Estos agregados de proteína y aceite se acumularon con éxito sin afectar la germinación de las semillas, lo que sugiere que las plantas podrían disponer de una vía alternativa para almacenar proteínas recombinantes complejas.
Las plantas con mejor desempeño produjeron β-caseína en niveles equivalentes a aproximadamente el 1,26 % de la proteína soluble total de la semilla, una cantidad considerablemente superior a la reportada en muchos estudios previos sobre producción de caseína en plantas, lo que demuestra el potencial de esta nueva estrategia.
“Uno de los aspectos más fascinantes de la ciencia es cuando la naturaleza te sorprende”, afirmó el profesor Oded Shoseyov.
“Nuestro objetivo era dirigir la proteína hacia un lugar específico dentro de la célula, pero en cambio descubrimos que la planta había creado su propia solución de almacenamiento. Comprender este comportamiento inesperado nos proporciona información valiosa sobre cómo las plantas manejan proteínas complejas y podría ayudarnos a desarrollar sistemas más eficientes para producir proteínas lácteas sostenibles en el futuro.”
Más allá de las alternativas a los productos lácteos, los hallazgos podrían tener importantes implicaciones para la agricultura molecular vegetal, un campo en rápida expansión que utiliza cultivos para producir proteínas de alto valor destinadas a la alimentación, la nutrición e incluso la medicina. Comprender dónde y por qué se acumulan de forma natural las proteínas recombinantes podría permitir diseñar plantas con mayores niveles de producción, simplificando además los procesos de purificación y reduciendo los costos de fabricación.
A medida que aumenta la demanda de fuentes de proteínas ambientalmente sostenibles, descubrimientos como este acercan a los científicos al objetivo de producir ingredientes lácteos auténticos en plantas que solo requieren luz solar, agua y suelo para crecer.
Recientemente, los investigadores lograron introducir estas proteínas lácteas en plantas de cártamo (Carthamus tinctorius), llevando la tecnología más allá de las plantas modelo de Arabidopsis. El cártamo constituye un cultivo oleaginoso ideal gracias a su capacidad para desarrollarse en climas cálidos y zonas áridas, lo que lo convierte en una opción especialmente adecuada frente al calentamiento global y al creciente aumento de la demanda mundial de proteínas nutricionales.
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