Reingeniería de la fotosíntesis: cómo dos profesores de biología de LSU esperan alimentar a la creciente población mundial

ara 2050, se espera que la población mundial aumente a casi 10 mil millones de personas. En consecuencia, se prevé que la demanda general de alimentos aumente más del 50%, según el Instituto de Recursos Mundiales . 

Mientras tanto, el cambio climático dará como resultado un clima cada vez más inhóspito para la agricultura al reducir la cantidad de tierra cultivable y la disponibilidad de agua, así como la mayor prevalencia de condiciones climáticas extremas como sequías, olas de calor e inundaciones. 

A medida que más personas poblen la tierra, cantidades significativas de tierra cultivable se convertirán en hogares. Entonces, para satisfacer la creciente demanda de alimentos, los científicos deberán encontrar formas de aumentar la producción de alimentos sin expandir las tierras agrícolas. 

Los profesores de biología de LSU Paul South y James Moroney son parte del proyecto Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), una colaboración de científicos de todo el mundo que buscan aumentar la eficiencia fotosintética de las plantas para lograr aumentos sostenibles en los rendimientos de los cultivos. 

A través de la fotosíntesis, las plantas producen alimento para la mayoría de las formas de vida, así como oxígeno y combustible. Con un suministro constante de agua y luz solar, las plantas toman dióxido de carbono del aire y lo introducen en una enzima llamada RuBisCO y crean compuestos orgánicos ricos en energía que comen los humanos y la mayoría de los animales. 

Sin embargo, la fotosíntesis no es perfecta. De vez en cuando, en lugar de tomar una molécula de dióxido de carbono del aire, las plantas toman una molécula de oxígeno por error y crean algo llamado glicolato en lugar de materia orgánica. 

Al solucionar este problema y hacer que la fotosíntesis sea más eficiente, los científicos podrían aumentar el rendimiento de los cultivos y ayudar a alimentar a la población en crecimiento.

El proyecto RIPE está financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates. En 2012, la fundación Gates invitó a Seattle a 13 científicos que trabajan en la fotosíntesis de todo el mundo. Moroney dijo que a él y a los otros científicos se les preguntó qué harían para mejorar la fotosíntesis si se les proporcionara financiación para la investigación. 

“Cuando estaba hablando con la gente de Gates cuando empezamos hace ocho o nueve años”, dijo Moroney, “básicamente pregunté ¿Cuál es la fuerza impulsora detrás de este proyecto? Dijeron: Nuestro análisis muestra que en algún momento entre 2035 y 2050, la cantidad de alimentos disponibles será superada por la población y nos gustaría que hubiera más opciones sobre cómo alimentar a las personas ".

El proyecto RIPE consta de varios enfoques de investigación separados para aumentar la eficiencia fotosintética. El proyecto de Moroney, los mecanismos de las algas, implica encontrar una forma de utilizar la "tecnología de las algas" para ayudar a las plantas de cultivo terrestres a absorber dióxido de carbono como lo hacen las algas.  

Las algas han evolucionado para ser buenas en la fotosíntesis a pesar de tener concentraciones más bajas de dióxido de carbono. Moroney y su equipo quieren transferir el mecanismo de las algas de absorber dióxido de carbono a los cultivos alimentarios. 

Si tiene éxito, la investigación de Moroney podría resultar en mejoras significativas en la producción mundial de alimentos. Sin embargo, Moroney sigue siendo escéptico y dice que el éxito de su proyecto es una posibilidad remota.  

“El mecanismo de las algas en el que estoy trabajando se consideró y todavía se considera el mayor riesgo / recompensa: el marco de tiempo más largo, la mayor recompensa pero con menos probabilidades de éxito”, dijo Moroney. "Por eso lo llamo ciencia ficción".

Un año después de que Moroney se uniera al equipo de investigación de RIPE, South, que todavía era un postdoctorado en la Universidad de Illinois en ese momento, se unió al proyecto. 

South diseñó un atajo para las plantas que les permite utilizar su energía cuando ingieren dióxido de carbono, lo que les permite realizar la fotosíntesis y crecer de manera más eficiente.

En 2016, South probó su atajo en algunas plantas. Dijo que entró al invernadero e inmediatamente notó una diferencia en el tamaño de las plantas modificadas. 

“No tuve que medir, pude ver de inmediato”, dijo South en un comunicado de prensa . “Tuvimos un aumento de casi un 40% en el crecimiento de las plantas. Después de eso, se puso realmente emocionante. La gente se sorprendió por la cantidad de aumento que observamos ". 

South está probando el atajo en cultivos alimentarios tradicionales, pero este proceso lleva tiempo. 

“Por lo general, una vez que se inicia una transformación de material genético, normalmente se espera un año de desarrollo antes de poder tener las semillas listas para los experimentos preliminares”, dijo South.  

South y Moroney colaboran con otros investigadores de RIPE de todo el mundo, incluidos científicos de China, Australia, el Reino Unido, así como UC Berkeley y la Universidad de Illinois.  

El proyecto RIPE tiene el potencial de salvar a miles de millones de personas del hambre y la desnutrición si los investigadores logran encontrar formas de mejorar las tasas de fotosíntesis en las plantas de cultivo y aumentar la disponibilidad de alimentos. 

"Creo que la importancia de este trabajo es cada vez más obvia", dijo Moroney . “Principalmente, sería bueno si todos pudiéramos llegar al 2100 sin otra Guerra Mundial. La gente se siente infeliz cuando no se alimenta ”.

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