Fig. 1 .
Investigadores de la Universidad de Georgia han diseñado genéticamente álamos amarillos dándoles la capacidad de absorber mercurio tóxico del suelo, convertir la toxina en una forma relativamente inerte y liberar la materia convertida como un vapor hacia la atmósfera. La investigación, la historia de portada en la edición de octubre de la revista Nature Biotechnology, sugiere que los árboles son particularmente prometedores para la fitorremediación, el uso de plantas (fito) para remediar (remediar) la contaminación ambiental. La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. Y la Escuela de Recursos Forestales de UGA Warnell.
“El álamo amarillo está creciendo rápidamente, tiene un sistema de raíces extenso y hojas grandes que proporcionan una gran superficie para liberar contaminantes procesados”, dijo Scott Merkle, un biotecnólogo forestal de UGA. “Todo esto lo hace atractivo para la remediación”.
Los investigadores de la UGA, que incluyen a Merkle y los genetistas Rich Meagher, Clayton Rugh y Julie Senecoff, equiparon los álamos con un gen, merA, tomado de una bacteria resistente al mercurio. Las bacterias son transmitidas por el suelo y prosperan en sitios contaminados con metales pesados. También viven en las entrañas de personas con empastes de amalgama de mercurio en sus dientes. Los rellenos liberan cantidades traza de mercurio, “y las bacterias en nuestras entrañas desarrollaron la habilidad de lidiar con esto”, dijo Merkle.
Las bacterias desintoxican los metales en pequeña escala pero, por sí solos, no pueden limpiar la contaminación de metales pesados estimada en $ 200 mil millones en los Estados Unidos. Los primeros intentos de insertar el gen en las plantas solo tuvieron un éxito marginal, por lo que los investigadores tuvieron que modificar gen para expresión en plantas, y finalmente árboles.
“Fue idea de Rich hace una docena o más de años intentar poner este gen en las plantas”, dijo Merkle. “Ha tomado mucho tiempo, pero gracias a Rich, Clayton [Rugh] y muchos otros, finalmente obtuvimos un producto cuantificable y exitoso con el álamo amarillo. Y este es solo un ejemplo de los muchos usos posibles de los árboles transgénicos. ”
¿Cuáles son las proteínas más intensamente estudiadas?
¿Por qué los desinfectantes no nos perjudican con la aplicación de la piel?
¿Qué hay en la celda que codifica la secuencia de carbohidratos en las células?
En ensayos de laboratorio, los álamos amarillos con el gen mostraron un aumento de 10 veces sobre los árboles de control en su capacidad de absorber iones de mercurio tóxicos y convertirlos en vapor. De hecho, Merkle dijo que los árboles merA que no crecían en medio que contenía mercurio, en realidad funcionaban mal y se veían débiles y enfermos en comparación con los cultivados en el medio enriquecido con mercurio.
“Este es un efecto extraño de merA en las plantas”, dijo Merkle. “De hecho, empeoran cuando no están ‘en’ el mercurio. Una teoría es que el producto del gen merA puede estar buscando otros cationes como el magnesio que la planta realmente necesita. Realmente todavía no estamos seguros”.
El efecto de Mercurio en las poblaciones humanas y de vida silvestre puede ser grave. Hace varios años, los peces contaminados con mercurio en Japón causaron un gran brote de enfermedades neurológicas. Cuando los peces ingieren mercurio y luego son comidos por aves y humanos, el metal se acumula en los tejidos. La investigación de vida silvestre muestra que el mercurio y otros metales pesados tienen un efecto significativo en el éxito reproductivo de muchas aves que anidan en la orilla, que se alimentan de los peces contaminados.
El próximo paso, dijo Merkle, es probar los álamos amarillos en el invernadero y, finalmente, en los sitios contaminados en el campo.
Cite: Universidad de Georgia
Científicos de UGA Engineer Yellow Poplar Trees que pueden ayudar a limpiar la contaminación tóxica por mercurio
En Nature Biotechnology los investigadores descubrieron cómo la pequeña hierba, thale berro (Aribidopsis thaliana) , puede modificarse genéticamente para eliminar la toxina ‘metilmercurio’ del suelo contaminado.
La ‘biorremediación’, como se conoce técnicamente el uso de plantas o bacterias para limpiar los detritos humanos, está atrayendo mucho interés como método barato y relativamente simple para tratar los suelos contaminados.
o aguas Desafortunadamente, las plantas que extraen naturalmente tales venenos son de crecimiento lento y pequeñas, mientras que las bacterias que pueden desintoxicar contaminantes generalmente son menos robustas que las plantas. Ahora Scott Bizily en
la Universidad de Georgia, Athens, Georgia, EE. UU. y sus colegas solucionan estos problemas colocando un par de genes bacterianos en una planta.
El mercurio ocurre naturalmente a niveles relativamente seguros. Pero las actividades industriales han producido grandes cantidades de una forma tóxica, “iónica” de mercurio que las bacterias transmitidas por el agua pueden convertir fácilmente en el metilmercurio aún más mortal.
Investigaciones anteriores han demostrado que las plantas diseñadas para contener el gen bacteriano merB transforman metilmercurio en mercurio iónico. Otro gen bacteriano, merA, cuando se inserta en las plantas, hace que las plantas conviertan el mercurio iónico en mercurio elemental que se disipa en la atmósfera.
Estos genes hacen que las plantas produzcan una proteína que actúa como catalizador, convirtiendo una forma de mercurio en el equipo de Bizily que desarrolló una nueva variante de berza con ambos genes. Estas plantas absorben metilmercurio y lo convierten en mercurio iónico a través de la acción de las proteínas programadas por el gen merB. La presencia del gen merA permite a la planta convertir este mercurio iónico en el mercurio elemental menos nocivo.
Desafortunadamente, fuera del laboratorio, las cosas son más complicadas. El mercurio elemental no es tan nocivo como el metilmercurio, pero sigue siendo una toxina e, idealmente, debería destruirse. Además, la tierra contaminada generalmente contiene una mezcla de contaminantes que requieren tratamiento. Muchos sitios, por ejemplo, utilizados para la eliminación de desechos nucleares, son radiactivos o pueden contener otros desechos nocivos que matarían a las plantas antes de que pudieran extraer metilmercurio.
Además, la conversión descrita anteriormente es probable que sea un proceso lento simplemente debido a la magnitud de la contaminación por metilmercurio. Puede ser útil realizar más investigaciones para modificar plantas grandes y de crecimiento rápido, como los árboles. Los árboles tienen un sistema de raíces muy desarrollado y extenso, que podría extraer toxinas de las partes más profundas del suelo, que las raíces del thale berro no pueden alcanzar.
1.Bizily, SP, Rugh, CL & Meagher, RB Fitodetoxificación de organomercuriales peligrosos por plantas genéticamente modificadas. Nature Biotechnology 18, 213 – 217 (2000).
El mercurio elemental es relativamente inerte, tiene una solubilidad muy baja y es gaseoso a temperaturas estándar que permite su rápida evaporación del hábitat bacteriano y su dilución a concentraciones atmosféricas normales e inofensivas. La vía bioquímica para resistencia al mercurio bacteriano es la conversión de metilmercurio (MeHg) por MerB (liasa organo mercurial) a un producto aún tóxico, mercurio iónico [Hg (II)], luego reducción por MerA (reductasa mercúrica) a la forma volátil altamente destoxificada , mercurio elemental [Hg (0)] usando NADPH como donador de electrones, como se muestra en la Fig. 1 . Con respecto a la limpieza del suelo, el enfoque sigue estando limitado por una solubilidad generalmente muy baja de compuestos mercuriales en la solución del suelo. La reacción catalizada por MerB limitó el rendimiento de las plantas transformadas con MerA y MerB. Se logró una mejora específica en las actividades de MerB de la planta dirigiendo la proteína MerB a la pared celular o al retículo endoplasmático, donde se cree que se acumulan los organomercuriales apolares ( Bizily et al., 2003 ).
