Científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven han identificado enzimas que son importantes para la modificación de los isoflavonoides, productos naturales vegetales que ayudan a las plantas a resistir a las infecciones fúngicas, y que también pueden tener efectos benéficos para la salud humana. La investigación puede allanar el camino para el implante de las rutas de síntesis de los isoflavonoides en algunos cultivos con el fin de mejorar su resistencia a las enfermedades y prevenir de esta manera pérdidas en la producción agrícola.
En la naturaleza, los isoflavonoides se encuentran principalmente en las leguminosas, como la soja y la alfalfa, donde estos compuestos químicos mejoran la resistencia de ambas plantas a las enfermedades y ayudan a mantener las relaciones de simbiosis entre las leguminosas y los microorganismos que viven entre sus raíces, favoreciendo la producción de biomasa para todas las especies involucradas. Algunos estudios también sugieren que, cuando son consumidos por los humanos, estos productos naturales pueden ayudar a prevenir algunos tipos de cánceres, enfermedades cardíacas y síntomas de la menopausia, entre otros beneficios.
Identificar las enzimas precisas no es tarea sencilla. Las rutas de biosíntesis de los isoflavonoides son complejas, con muchos pasos y enzimas involucradas. Otro reto es que la acumulación de niveles elevados de productos intermediarios puede ser tóxica para los vegetales.
Las legumbres han desarrollado maneras de protegerse a sí mismas transformando a estos intermediarios para hacer posible su almacenamiento en vacuolas o en las paredes celulares. La enzima que realiza esta transformación vital era una de las que los investigadores deseaban encontrar.
El biólogo Chang-Jun Liu y sus colaboradores dedujeron que la enzima que les interesaba pertenecía con toda probabilidad a una gran familia de enzimas que intervienen en muchas funciones biológicas que afectan al crecimiento de las plantas, la biosíntesis, las modificaciones en las paredes celulares y la resistencia a las enfermedades. De modo que comenzaron su investigación buscando los genes que pudieran "instruir" a las células para fabricar las proteínas de esa familia.
Afortunadamente los genes de esta familia de proteínas comparten ciertas secuencias comunes de información genética. Empleando estas secuencias comunes como si fuesen referencias orientativas en un mapa de carreteras, los científicos indagaron en las bases de datos de genes de una planta leguminosa modelo, buscando los genes con "firmas" similares. Esta primera búsqueda tuvo como resultado 76 genes candidatos.
Basándose en posteriores análisis bioinformáticos y en pruebas de expresión de genes, estrecharon el cerco sobre nueve genes candidatos. Entonces implantaron estos nueve genes en cepas de la bacteria E. coli para producir las proteínas correspondientes, y pusieron a prueba la capacidad de estas proteínas de realizar la función enzimática requerida. Los científicos comprobaron que tres enzimas realizaban la reacción que andaban buscando: la transformación de intermediarios en la ruta de síntesis de los isoflavonoides, en variedades apropiadas para ser almacenadas añadiéndoles cadenas cortas basadas en el carbono.
El próximo paso fue probar estas tres enzimas en plantas. Los investigadores fueron capaces de confirmar que al menos una de las enzimas realizó la reacción para los isoflavonoides en esas plantas.
Además de identificar la enzima, los experimentos demostraron que los científicos fueron capaces de transplantar con éxito, a plantas no leguminosas, pasos cruciales en la ruta de síntesis de los isoflavonoides.
Información adicional en: http://www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/PR_display.asp?prID=08-50
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