El almidón actúa como reserva de energía para las plantas y como una fuente importante de carbohidratos en la alimentación de personas y animales. También se utiliza en las industrias alimentaria, de la construcción, papelera y textil. La amilosa, un componente del almidón menos digerible, sirve como aglutinante y gelificante en la industria alimentaria.
A pesar de la gran importancia del almidón tanto para las plantas como para las personas y la industria, los investigadores no comprenden por completo cómo se forma. El grupo de investigación de Sam Zeeman, profesor de bioquímica vegetal en ETH Zurich, ha encontrado ahora una pieza importante del rompecabezas que arroja más luz sobre la estructura del almidón. El grupo acaba de publicar sus hallazgos en la revista científica PLOS Biology.
Descubren un nuevo gen
Cuando brilla el sol durante el día, las plantas realizan la fotosíntesis y producen azúcares a partir del dióxido de carbono del aire para alimentar su metabolismo. El exceso de azúcar se convierte en gránulos de almidón, que las plantas almacenan en las hojas y aprovechan por la noche, cuando necesitan energía pero la fotosíntesis se ha interrumpido. Sin embargo, el almidón no es en absoluto uniforme, sino que está compuesto por distintos componentes: principalmente amilopectina, un polisacárido muy ramificado y fácil de digerir, y, en menor medida, amilosa, que es un polisacárido esencialmente lineal.
Hasta ahora, se sabía que solo una enzima, situada en los gránulos de almidón, participaba en la formación de amilosa. Sin esta pequeña máquina molecular, conocida como almidón sintasa unida a gránulos (GBSS, por sus siglas en inglés), las plantas no pueden producir amilosa.
Mediante una búsqueda sistemática de otros posibles genes activos en la formación del almidón en la planta modelo Arabidopsis thaliana, conocida como berro de Thale, los investigadores de Zeeman encontraron uno que también interviene en la creación de amilosa. Este gen codifica una proteína que puede unirse temporalmente a GBSS y al almidón, guiando así a la primera hasta su destino. Por ello, David Seung, estudiante de doctorado de Zeeman y descubridor del gen, llamó a esta molécula proteína de direccionamiento al almidón (PTST, por sus siglas en inglés).
Las moléculas son interdependientes
Para aclarar la función de PTST, los investigadores realizaron experimentos con plantas mutantes. Estas mutaciones suprimen la formación de PTST y provocan la ausencia total de amilosa en las plantas mutantes, aunque su contenido total de almidón es tan alto como el de las plantas silvestres. Por ello, los investigadores de plantas concluyeron que Arabidopsis depende necesariamente de PTST para formar amilosa. Para su sorpresa, descubrieron que GBSS, una de las enzimas más comunes unidas a los gránulos de almidón de las plantas, apenas era detectable en las plantas mutantes.
Pero ¿cómo podían explicarlo? Al marcar las dos proteínas con sustancias fluorescentes, los investigadores finalmente resolvieron el enigma. GBSS necesita PTST porque esta actúa como un taxi que transporta GBSS hasta los gránulos de almidón. Tras recoger GBSS, PTST «estaciona» brevemente en la superficie de los gránulos de almidón en formación para descargar su carga. Después, PTST vuelve a separarse del gránulo de almidón, mientras GBSS continúa con la síntesis de amilosa. Además, la proteína transportadora parece ser necesaria para la estabilidad de GBSS: sin PTST ni su unión al gránulo de almidón, GBSS es inestable.
¿Regular el contenido de almidón según se necesite?
La proteína PTST no solo aparece en Arabidopsis, sino que también se ha conservado a lo largo de la evolución. Surgió relativamente pronto en el curso de la evolución de las plantas, se conservó en las especies que fueron divergiendo y ha cambiado muy poco desde entonces. Por ello, aparece en muchas otras plantas, incluidos diversos tipos de cereales. Sin embargo, todavía hay que aclarar qué función desempeña en ellas, según Zeeman. «Este descubrimiento, no obstante, nos muestra una posible manera de regular el contenido de amilosa en los cultivos», explica Zeeman.
Los nuevos hallazgos podrían utilizarse algún día para fabricar amilosa pura destinada a aplicaciones industriales. La amilosa puede emplearse como gelificante para salsas y pudines, así como para producir envases biodegradables. Por ello, el descubrimiento se ha protegido mediante una solicitud de patente presentada a través de ETH Transfer.
Seung descubrió la función de PTST mientras trabajaba en su tesis doctoral. Anteriormente, el australiano recibió una beca de excelencia de ETH que le permitió trasladarse a Zurich para cursar un máster. Ahora, con el apoyo de una beca Heinz Imhof, continúa sus estudios de doctorado como parte de una iniciativa de investigación conjunta entre ETH Zurich y la Universidad de Stellenbosch, en Sudáfrica.
Este artículo se publica en colaboración con ETH Zurich. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Peter Rüegg escribe para ETH Zurich.
Imagen: Regina Piego y Rosina Padilla, de Transparent Container, preparan envases recién moldeados en la planta de fabricación de la empresa en Addison, Illinois. REUTERS/John Gress
