Biofortificación de cultivos con zinc para mejorar la nutrición y la seguridad alimentaria
En general, la seguridad alimentaria implica el acceso fiable a los alimentos, además de las vitaminas y los minerales necesarios. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que 2 000 millones de personas sufren de «hambre oculta», que suele ser una consecuencia de dietas principalmente basadas en vegetales y carentes de algunos micronutrientes, en particular vitamina A, hierro y zinc. Se espera que el cambio climático empeore esta situación, dado el aumento de sequías que amenazan la ganadería y la producción de cultivos. Al mismo tiempo, el mundo desarrollado tendrá que adoptar una dieta con mayor base vegetal si pretende lograr un estilo de vida más sostenible, pero tendrá que equilibrar los beneficios saludables asociados frente al riesgo de una deficiencia de micronutrientes esenciales. El proyecto PMTFOS estudia una clase de proteínas llamadas metalotioneínas, que transportan y almacenan metales en los cultivos de cereales. Las metalotioneínas de tipo 4 se hallan en las semillas de las angiospermas y en las hojas de las plantas reviviscentes. Están repletas de zinc, necesario para el funcionamiento de al menos el 10 % de todas las proteínas humanas e implicado en todos los procesos fisiológicos principales. También ayuda a resurgir las semillas y las hojas después de haberse quedado completamente secas. Por ello, las metalotioneínas pueden mejorar el valor nutricional de los cereales y ayudarles a resistir las sequías.
Análisis biofísico proteico y experimentación con plantas
Las metalotioneínas son proteínas únicas y tienen el contenido más elevado de iones metálicos, como el zinc. El proyecto PMTFOS caracterizó las propiedades aglutinantes de metales y los roles fisiológicos de las metalotioneínas del sorgo a escala de proteínas individuales y de plantas íntegras. Promovió una colaboración nueva con el genetista de plantas, José Gutiérrez Marcos, profesor asociado en la Facultad de Ciencias de la Vida en Warwick, que conllevó la primera aplicación de CRISPR/Cas9 para editar los genes de la metalotioneína en el berro común para explorar su función en las plantas. El equipo de investigación, dirigido por Claudia Blindauer, profesora asociada, produjo proteínas puras de metalotioneínas en el sorgo a través de la expresión recombinante en bacterias en presencia de zinc, cobre o cadmio, que resultó en proteínas cargadas de metales. Valiéndose de análisis espectroscópicos y técnicas de espectrometría, encontró que cada metalotioneína en el sorgo tenía preferencias diferentes de aglutinación de metales, y concluyó que solo la metalotioneína específica a la semilla tipo 4 prefería el zinc a otros metales, incluido el cadmio tóxico. Según Agnieszka Mierek-Adamska, beneficiaria de una beca de investigación Marie Skłodowska-Curie: «Esto implica que las metalotioneínas de tipo 4 tienen potencial para la biofortificación de los cultivos con zinc. No obstante, descubrimos que una alta semejanza entre metalotioneínas tipo 4 de distintas especies de plantas no garantiza las mismas propiedades aglutinantes de metales. Los próximos estudios han de enfocarse en las cargas metálicas de las plantas».
Alimentos seguros, nutritivos, de alta calidad y asequibles
El proyecto PMTFOS se centró en el sorgo como una planta de cereales con una resistencia inusual ante la sequía y el calor. Actualmente, se trata de un cultivo estable para 500 millones de personas en África, América y el subcontinente indio, y puede ganar protagonismo en las dietas europeas como adaptación al cambio climático. También podría ser una fuente importante de nutracéuticos para combatir la obesidad y la enfermedad cardiovascular, si no es amenazado por un bajo nivel de zinc biodisponible. El equipo está ampliando el alcance de su trabajo para determinar si las metalotioneínas de las plantas están implicadas en las respuestas solo a estreses específicos, o si son proteínas que reaccionan ante estreses generales con un gran potencial para cultivos nuevos resistentes al estrés. «El análisis del perfil molecular de la resistencia a la sequía del sorgo será fundamental para otros cultivos vitales, como el trigo, el maíz o el arroz. Su genoma relativamente pequeño (3,4 veces más pequeño que el cercano maíz) lo hace un modelo de planta excelente», añade Mierek-Adamska.
Palabras clave
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