Plantas nano-biónicas inspiradas en el brillo de las luciérnagas

Desde la antigüedad, el ser humano ha tomado de la naturaleza la inspiración y las herramientas necesarias para satisfacer sus necesidades y sobrevivir. Un día descubrió el fuego y lo utilizó para obtener calor, para cocer sus alimentos y como fuente de iluminación. De este modo, la llama se considera la primera forma de iluminación artificial. Con el paso del tiempo, se desarrollaron nuevas técnicas y tecnologías como las velas, las lámparas de aceite y las lámparas de gas, que permitieron que las personas realizaran actividades nocturnas, no obstante, con la llegada de la era eléctrica se implementaron las lámparas fluorescentes y las incandescentes, y se empezaron a realizar otras actividades como leer y escribir de noche, pero, ¿te imaginas leer bajo la luz de una planta?  

Un grupo de investigadores liderados por Michael Strano, profesor de ingeniería química y Seon-Yeong Kwak, investigador postdoctoral, están trabajando para hacerlo realidad, se trata de una planta nano-biónica que emula el mecanismo bioluminiscente de las luciérnagas, desarrollada en el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT, por sus siglas en inglés).

Este fenómeno, conocido como bioluminiscencia, es un proceso mediante el cual, algunos organismos vivos como plantas, animales, bacterias y hongos producen luz como resultado de una reacción química.

Campo de luciérnagas. Recuperado de la web.

Esta reacción sucede gracias a la interacción de una molécula orgánica llamada luciferina, con adenosina trifosfato (ATP), la enzima luciferasa y oxígeno, para formar una sustancia conocida como oxiluciferina.

La clave del proceso se encuentra en el asterisco (*) que está en la oxiluciferina, el cual indica que esta molécula tiene un electrón en estado excitado, lo que significa que tiene un exceso de energía, la cual libera en forma de un paquete de luz llamado fotón cuando regresa a su estado base. Es así como se produce la luz que podemos ver en las luciérnagas.

Para lograr este efecto en las plantas, los investigadores del MIT empaquetaron las moléculas de luciferina, enzima luciferasa y coenzima A en diferentes portadores que ayudan a que lleguen a la parte correcta de la planta y en concentraciones adecuadas para que no resulten tóxicas.

Para transportar la luciferasa, los científicos utilizaron nanopartículas de sílice de 10 nanómetros de diámetro, debido a que debe llegar a las células que forman el mesófilo de las plantas; a diferencia de la luciferina y la coenzima A, las cuales son transportadas por partículas más grandes que permiten su acumulación en el espacio extracelular.

Las nanopartículas son introducidas en la planta mediante pequeños poros llamados estomas, gracias a que es sumergida en una solución a alta presión. Una vez en su destino, la luciferina es liberada gradualmente para ingresar en las células vegetales donde la luciferasa realiza la reacción química que produce el brillo.

Plantas brillantes. Disponible en el sitio web del MIT.

Los primeros esfuerzos de los investigadores al comienzo del proyecto produjeron plantas que podían brillar durante unos 45 minutos, que desde entonces han mejorado a 3.5 horas. La luz generada por una planta de berro de 10 centímetros es equivalente al 50% de la emitida por diodos luminiscentes comerciales de 1 μW, aproximadamente una milésima parte de la cantidad necesaria para leer, pero los investigadores creen que pueden aumentar la luz emitida, así como su duración, optimizando aún más la concentración y la liberación de energía.

No es la primera vez que las luciérnagas sirven de inspiración en temas de iluminación, tampoco es el primer intento para crear plantas bioluminiscentes, diversos grupos de investigadores están apostando por la iluminación sostenible debido a que las plantas poseen mecanismos independientes de almacenamiento de energía y autorreparación. Y aunque aún queda mucho camino por recorrer, este podría ser el principio.

Referencias

Mitiouchkina, T., Mishin, A.S., Somermeyer, L.G. et al. (2020) Plants with genetically encoded autoluminescence. Nature Biotechnologyhttps://doi.org/10.1038/s41587-020-0500-9

Seon-Yeong Kwak et al. (2017) A Nanobionic Light-Emitting Plant. Nano Letters. 17 (12): 7951-7961; https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b04369

Trafton, A. (2017) Engineers create plants that glow. [Online] MIT News. Available at: http://news.mit.edu/2017/engineers-create-nanobionic-plants-that-glow-1213 

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