Investigadores del CSIC estudian la capacidad de las plantas para eliminar contaminantes del suelo y las aguas residuales

La ropa, los champús, la colonia, cientos de pinturas, medicinas, neumáticos, todo tipo de alimentos, un curioso cobijo para pequeños individuos, el oxígeno, la vida… Todo esto y más nos proporcionan las plantas. Su papel en la biodiversidad es incuestionable; son las ingenieras del medioambiente, base de todas las cadenas tróficas y un seguro de vida para capturar y almacenar el carbono.

En el planeta existen más de 320.000 especies distintas de plantas, con diferentes formas y colores. Su existencia en sí supone un reto a la creatividad, pero además son una herramienta que puede resultar muy útil para mantener el entorno libre de compuestos tóxicos, metales pesados o plaguicidas. En el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), el grupo de Antonio Leyva trata de sacar el máximo partido a la Lemna, una especie capaz de “atrapar” el arsénico. Para lograrlo necesitan comprender primero qué genes concretos están involucrados en ese proceso capaz de absorber, descomponer y eliminar aquello que se desee.

Una “tecnología” de millones de años

Las plantas llevan millones de años haciendo de lo asombroso algo cotidiano. El propio ser humano se ha valido, sin darse cuenta, de las cualidades de las plantas en beneficio propio a lo largo de su historia. Sin embargo, el concepto de la fitorremediación implica un conocimiento previo; se trata de aprovechar la capacidad que tienen las plantas para adaptarse a situaciones de estrés medioambiental y secuestrar productos tóxicos dentro de sus células.

Antonio Leyva explica: “Las plantas no pueden escapar del entorno en el que crecen, así que han desarrollado mecanismos para eliminar o utilizar aquello que resulta nocivo. Normalmente acumulan los productos tóxicos en la vacuola, una especie de bolsa gigante que tienen las células vegetales en su interior”. Conociendo estos mecanismos y sabiendo cómo y cuándo son eficientes podemos utilizar la fitorremediación para abordar un problema que causa estragos en la salud, la alimentación y el medioambiente.

El arsenito, una trampa directa al plato

Este mecanismo de defensa que caracteriza a las plantas es una vía de doble sentido, comenta el investigador: algunas tienen la capacidad de prevenir la entrada de compuestos tóxicos en su interior y expulsarlos en caso de que hayan conseguido entrar. Para Leyva explorar esta posibilidad resulta también imprescindible, pues se asegura la calidad de las plantas que nos sirven de alimento, como es el caso del arroz.

El cultivo del arroz se hace mediante prácticas de inundación que evitan el crecimiento de maleza que pueda atraer plagas. Por ello, el alimento queda muy expuesto al arsenito, una forma química del arsénico altamente tóxica: “Se trata de un cancerígeno que entra con gran facilidad en los haces vasculares de las plantas llegando directamente al grano. En Asia, donde este cereal representa la base de la comida, la contaminación por arsénico es un asunto de salud de primer orden”, destaca el científico del CNB-CSIC.

En países como Bangladesh, la acumulación de arsénico en las aguas afecta a decenas de millones de personas, pero esto no quita que el problema sea global;  este metal está presente de manera natural en los suelos, lo que contamina el agua subterránea que más tarde se utiliza para regar los cultivos o cocinar alimentos.

De ser una alternativa alimentaria hasta filtrar el arsénico; todas las posibilidades de la Lemna

El tercer piso del CNB destaca por su singularidad dentro del edificio. El pasillo, a menudo poblado por el verde de todo tipo de plantas, rompe atrevidamente con el monocromático blanco de las batas que visten el centro. Allí se encuentran el Departamento de Genética Molecular de Plantas y el laboratorio liderado por Antonio Leyva. En su equipo tratan de comprender el modus operandi de la Lemna, una pequeña planta acuática que suele ser reconocida como ornamento para los fanáticos de los acuarios.

El objetivo del grupo es determinar los genes que permiten a las plantas sobrevivir en suelos con gran presencia de arsénico: “Una de las cuestiones que todavía queda pendiente es identificar cuál es el regulador que está coordinando toda la respuesta de la planta a este contaminante. Hemos identificado alguna proteína que está involucrada en la acumulación de arsénico, pero todavía nos queda dar con la clave”, comenta Leyva.

Las razones por las que su equipo decidió centrarse en la Lemna son varias, tal como comenta el investigador: “Esta planta es especialmente útil para eliminar metales pesados como el arsénico, pero no solo eso. También puede ayudarnos a resolver un problema que tenemos en todo el mundo, que es la contaminación por exceso de nutrientes en las aguas”.

El científico se refiere así al proceso conocido como eutrofización: los fertilizantes, básicamente nitratos y fosfatos, enriquecen el agua haciendo que aumente la cantidad de algas en la superficie. Estas impiden la actividad fotosintética del resto de las algas sumergidas y disminuyen la concentración de oxígeno en el agua. Este empobrecimiento afecta a la supervivencia de toda la flora y la fauna acuática, incluidos los peces, que acaban muriendo asfixiados. La imagen de un lago contaminado por exceso de nutrientes es algo difícil de olvidar; un “prado” tupido lo inunda todo. El grupo consiguió financiar hace años un proyecto enfocado en utilizar esta planta en granjas, espacios donde generalmente existe un problema con la concentración de nutrientes en los purines. Los resultados del proyecto, según indican los investigadores, fueron realmente esperanzadores.

Lemna alberga también una posibilidad poco explotada; puede utilizarse como fuente alternativa de proteínas, algo fundamental para la sustitución de la carne, ya que esta planta tiene un perfil de aminoácidos que compite perfectamente con la soja: “España es un país deficitario de proteínas, y sin embargo es el cuarto país en producción de pienso. Desde el punto de vista económico tenemos una dependencia muy grande de fuentes alternativas de proteínas”, detalla Leyva. Además, la cantidad de biomasa que produce esta planta, junto a la facilidad con que crece, la sitúan como una candidata perfecta para ser una nueva fuente de alimento para humanos y otros animales.

Variabilidad natural: dime dónde creces y te diré para qué sirves

En la misma planta del CNB-CSIC se encuentra el grupo de Carlos Alonso-Blanco, experto en variabilidad natural. Este investigador lleva años elaborando su mapa del tesoro particular, una colección que recoja la diversidad de la Lemna en el territorio peninsular. Junto a Leyva, Alonso-Blanco trata de identificar las distintas variedades de esta planta y cuáles son las ventajas y bondades de cada una. Alonso-Blanco explica: “Dentro de todas las especies existe diversidad genética. Todos los humanos compartimos prácticamente el mismo genoma (99,9 %), pero si te fijas no hay dos personas iguales. Estas diferencias son las que hacen que seamos susceptibles de tener diferentes enfermedades, lo que hace que tengamos una apariencia distinta… y esto ocurre con las plantas también”.

Centrándose en la variabilidad natural, ese pequeño porcentaje que diferencia a la Lemna dependiendo del ambiente en el que se ha desarrollado, tratan de entender cuál es la variedad de esta planta más eficiente a la hora de almacenar compuestos dañinos o un exceso de nutrientes: “Nuestra intención es ver si detrás de esa mayor capacidad se encuentra una diversidad genética. De haberla, la intención es seleccionarla mejor”, concluye este científico.

En realidad, el empleo de la variabilidad natural no es algo reciente sino que, tal como comenta Alonso-Blanco, lo que se ha hecho siempre con todas las especies de plantas domesticadas ha sido seleccionar la mejor variedad a ojo: “A partir del siglo XX aceleramos todo este proceso gracias a nuestro conocimiento de la genética, pero no hemos dejado de explotar esta variabilidad que existe de manera natural”, puntualiza.

Sin embargo, existe una limitación para el estudio de la Lemna, y es que, según comenta Alonso-Blanco, a nivel genético se desconoce casi todo de esta planta. Hasta ahora no había tenido mucho valor en el mundo de la investigación, de ahí la importancia del trabajo de otros miembros del equipo.

Arabidopsis, una planta para conocerlas a todas

Cristina Navarro (CNB-CSIC) siempre ha estado interesada en los problemas ambientales y de contaminación. En el laboratorio de Antonio Leyva esta investigadora se encarga de estudiar las bases genéticas que confieren a determinadas plantas esa capacidad de tolerar y almacenar los compuestos tóxicos. Para ello, Navarro se centra en la variabilidad natural de Arabidopsis, una especie presente en la Península Ibérica.

“Hablamos de cambios que pueden ser de un solo nucleótido dentro del genoma. ¡Una sola letra puede alterar el comportamiento de una planta y hacer que sea más o menos sensible al arsénico! Y estas mutaciones pueden afectar a la expresión del gen o al gen en sí”, detalla Navarro. ¿Y cómo se comprueba qué variedades o estirpes de Arabidopsis tienen más capacidad para almacenar compuestos tóxicos como el arsénico?

Primero la científica siembra sus semillas en una placa que contiene medio sintético sin arsénico. Las plantas se cultivarán dentro de una cámara y con unas condiciones controladas de temperatura y luz. Aquí, las distintas variedades se desarrollarán en cuestión de días.

Posteriormente el experimento pasa a la siguiente fase: las mismas plantas se traspasan a placas con arsénico y sin él [esta segunda placa actuará como un control del experimento], y se observa su desarrollo midiendo la longitud de la raíz al cabo de varios días: “El crecimiento de la raíz en presencia de arsénico no es para todas las plantas igual, ya que algunas variedades son más tolerantes que otras. Mediante análisis genético y molecular se puede determinar cuál es la mutación responsable de las diferencias entre estas variedades”, detalla Navarro.

Pero la capacidad de tolerar al arsénico no se debe a un solo gen, sino que depende de muchos factores. Con todo, se cree que tanto en Arabidopsis como en Lemna, todos estos mecanismos están regulados por un pequeño número de genes. Ese es el principal objetivo del grupo; encontrar alguno de estos reguladores, los directores de la orquesta que indican a sus músicos qué hacer.

Arabidopsis no es, precisamente, una excelente remediadora de compuestos tóxicos o metales pesados. Sin embargo, muestra una gran ventaja con respecto a otras plantas, y es la cantidad de herramientas de las que disponen aquellos que la estudian: “Es la planta modelo, la que más conocemos y cuyo genoma fue el primero en ser secuenciado”, comenta Navarro. Además, su estudio se puede extrapolar a otras plantas. Si esta investigadora consigue dar con alguno de los factores importantes que regulan esta acumulación del arsénico en Arabidopsis, el grupo de Leyva sabría hacia dónde apuntar en el caso de la Lemna.

La naturaleza venía de vuelta y nosotros acabábamos de llegar

Uno podría llegar a pensar que la ventaja de emplear la fitorremediación para limpiar el entorno radica en su precio. Servirte de algo que existe en la naturaleza no puede ser muy costoso, ¿verdad? Pero la razón que se esconde tras el trabajo de investigadores como Leyva, Navarro y Alonso-Blanco no es esa:

“Yo creo en la limpieza del entorno natural mediante el uso de la fitorremediación, pero no creo que la justificación deba ser que cueste menos dinero, sino que es más predecible y limpia. Sabemos que los sistemas se autorregulan, y aprender de ahí y utilizarlo es importante para todos, no solo para aquellos países que no tengan un buen desarrollo económico o la posibilidad de utilizar otras técnicas”, resume Alonso-Blanco.

Es urgente comprender que ya no podemos seguir buscando la solución mágica, aquella que resulte buena, bonita y barata para solucionar problemas tan grandes, complejos y multifactoriales. “Nuestra idea es aprender de la naturaleza todo lo que podamos, pero tengo algo muy claro: nunca la vamos a superar”, señala el científico del CNB-CSIC.

Lucía Casas/ Contenido realizado dentro del Programa de Ayudas CSIC – Fundación BBVA de Comunicación Científica, Convocatoria 2021