Cómo un helecho puede absorber tanto arsénico y no morir

El suelo y el agua subterránea contaminados con arsénico representan un riesgo para millones de estadounidenses y cientos de millones de personas en todo el mundo. Limpiar el metal tóxico es un proceso costoso y laborioso, con algunas remediaciones de arsénico que alcanzan los cientos de millones de dólares.

Un helecho, Pteris vittata , también conocido como helecho de freno chino, promete reducir tanto el tiempo como los costos asociados con la limpieza del arsénico. Es único porque puede acumular hiperactivamente y tolerar niveles muy altos de arsénico que absorbe del suelo , secuestrando el elemento tóxico en sus frondas.

Los científicos ahora han determinado cómo este helecho lo hace. Jody Banks, profesora de botánica y fitopatología de Purdue , y su equipo describieron los mecanismos genéticos y celulares que controlan la tolerancia al arsénico del helecho en un artículo publicado en la revista Current Biology . Los hallazgos podrían llevar un día a la modificación de otras plantas que remediarían el arsénico de los suelos contaminados de manera más rápida y eficiente.

«Otros investigadores han demostrado que este helecho, cuando se cultiva en suelos contaminados con arsénico, puede eliminar casi el 50 por ciento del arsénico en cinco años», dijo Banks. «Lleva tiempo, pero es barato».

Una vez dentro de las células, tanto humanas como vegetales, el arsénico conduce a la muerte celular ya sea a través del estrés oxidativo o al interferir con la capacidad de la célula para producir ATP, una molécula que proporciona energía para las células. Pero el helecho tiene mecanismos que protegen contra estos efectos.

Banks y Chao Cai, un ex estudiante graduado en el laboratorio de Banks, identificaron tres genes que son altamente activos cuando el helecho entra en contacto con el arsénico. Encontraron que el silenciamiento de cada uno de estos genes conduce a la muerte de la planta en presencia de arsénico, lo que demuestra su importancia en la tolerancia al arsénico. Al probar las funciones de las proteínas codificadas por estos genes, mostraron que estas proteínas pueden funcionar juntas para neutralizar esencialmente el arsénico una vez dentro de la célula.

«Estos y otros genes trabajan juntos para eliminar el arsénico dentro de una célula hasta que pueda ser almacenado de forma segura en la vacuola de la célula donde no puede hacer ningún daño», dijo Banks.

Los genes programan tres proteínas: OCT4, GST y GAPC1. Banks y su equipo demostraron que OCT4 es una proteína de membrana que controla la transferencia de compuestos a través de la membrana celular. GST es una arsenato reductasa, que sirve como catalizador para convertir el arsenato del suelo en arsenito, la forma de arsénico que puede ser secuestrada.

La proteína GAPC1 en otras plantas utiliza fosfato para ayudar a descomponer la glucosa en energía, y el arsenato interfiere con su función normal. En Pteris vittatahelecho, sin embargo, gapC1 tiene una mayor afinidad para el arseniato de fosfato, lo que permite a la planta a tolerar la sustancia de otro modo tóxico.

Otros investigadores han descubierto una bacteria, Pseudomonas aeruginosa , que tiene una capacidad similar para tolerar el arsénico. Los mecanismos genéticos en la bacteria y el helecho son casi idénticos, lo que sugiere que el helecho desarrolló un mecanismo de tolerancia al arsénico que es similar al utilizado en la bacteria.

«Este helecho ha optado por el mismo mecanismo para tolerar el arsénico que usan las bacterias», dijo Cai. «Y es el único eucariota que puede hacer esto. Ninguna planta o animal que conozcamos puede hacerlo como este helecho».

Comprender los mecanismos genéticos y celulares que permiten que el helecho se acumule y tolere el arsénico es un paso importante en el desarrollo de otras plantas que podrían remediar los suelos y aguas contaminados con arsénico más rápidamente.

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Comentario

  1. Eva Maria Corral Garcia

    Me parece fantástico que haya planta eucariota capaz de eliminar el arsénico de la tierra , pero me gustaría saber si sería una buena forma barata de limpiar de esos residuos la tierra y el agua..

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