Lo que una petunia bioluminiscente me enseñó

Las petunias nunca me han gustado mucho. Si me hubieran dicho que un día desembolsaría más de 50 dólares por una sola planta de petunia, se me habrían salido los ojos de las órbitas. Pero esta planta era especial. Esta petunia brillaba en la oscuridad.

Mi planta era una de las 50.000 que la empresa biotecnológica Light Bio, con sede en Idaho, distribuyó por todo Estados Unidos en abril. Llamada petunia “Firefly” (luciérnaga), contiene genes de hongos bioluminiscentes que la hacen brillar constantemente. El comunicado de prensa que anunciaba la llegada de la petunia incluía una foto de una mujer contemplando serenamente una masa de flores iluminadas como estrellas de gran tamaño que brillan en la oscuridad.

Bueno, eso es un buen truco, pensé.

También me pregunté si la petunia Firefly era algo más que un solo truco. Aunque parecía intrascendente, quizá había alguna implicación en la que yo no había pensado. Por lo menos, la planta podría hacer que yo —una gran admiradora de las plantas (pero un poco esnob de la botánica)— pensara de forma diferente sobre las petunias, esas plantas ornamentales habituales tanto en gasolineras como en mansiones.

Decidí aprender más. Así que pagué mis 53 dólares (29 por la planta y 24 por el envío) e hice un pedido.

Admiremos la bioluminiscencia

La bioluminiscencia es la emisión de luz por los seres vivos. Se genera por una reacción química dentro del organismo (a diferencia de la fosforescencia de las calcomanías de estrellas que brillan en la oscuridad, que necesitan cargarse de luz antes de emitirla). La bioluminiscencia está muy extendida, sobre todo en los océanos: hay bacterias, caracoles marinos, camarones, peces y calamares que brillan. En tierra, algunos insectos, gusanos y hongos también brillan.

Los científicos solo han descubierto los compuestos químicos exactos implicados en un puñado de organismos bioluminiscentes. Pero, en general, los fundamentos de la reacción luminosa son los mismos: se necesita combustible, oxígeno y un catalizador para ponerla en marcha. En el lenguaje de la investigación de la bioluminiscencia, el combustible se llama luciferina y el catalizador, luciferasa. La luciferasa ayuda a añadir oxígeno al combustible, transformándolo en un compuesto muy reactivo y de alta energía. Cuando esta luciferina sobreexcitada se relaja, emite luz.

Esta capacidad de producir luz se ha documentado en cientos de géneros a lo largo del árbol de la vida. Los científicos creen que evolucionó de forma independiente en varios linajes, quizá más de 94 veces diferentes.

Los organismos utilizan la bioluminiscencia de diversas maneras. Para las luciérnagas, es una señal que atrae a sus parejas. Algunos peces la utilizan para atraer a sus presas. Otros animales, como el calamar vampiro, que puede expulsar una nube de mucosidad brillante, la utilizan para distraer o confundir a los depredadores. En muchos linajes, emitir luz puede haber surgido como estrategia de desintoxicación. Cuando el oxígeno se encuentra en un estado reactivo, puede rebotar a través de las células y dañar las moléculas. Esto sugiere que muchas luciferinas fueron primero antioxidantes; su función principal era limpiar el oxígeno dañino que se había generado durante el metabolismo.

A la caza del brillo fúngico

Los hongos bioluminiscentes llevan mucho tiempo llamando la atención. En el siglo IV a.C., Aristóteles observó que los hongos podían ser “ardientes y brillantes” en la oscuridad. Unos siglos más tarde, Plinio el Viejo, en su enciclopédica Historia Natural, menciona la “luz brillante” emitida por un hongo que crece en los árboles. Pero hasta hace poco, nadie sabía exactamente qué utilizaban los hongos como combustible o catalizador, ni siquiera si todos los hongos brillantes se iluminan de la misma manera.

La búsqueda de moléculas combustibles y catalizadoras culminó en 2017, tras más de un siglo de investigación y una carrera internacional de un año entre un equipo de las Américas y un laboratorio ruso con buenos contactos. Sin embargo, ya antes los científicos intentaban desentrañar los misterios de la bioluminiscencia.

En la década de 1880, el fisiólogo francés Raphaël Dubois investigaba un escarabajo del género Pyrophorus, uno de los insectos bioluminiscentes más brillantes. Dubois molió las partes brillantes del escarabajo en agua fría. Brillaban y luego se desvanecían. Luego hizo lo mismo en agua hirviendo: no brillaban. Pero cuando añadió la mezcla caliente a la fría, la mezcla brilló. Dubois (que más tarde acuñaría los términos luciferina y luciferasa) se dio cuenta de que la reacción requería un catalizador y combustible. Solo el agua fría contenía catalizador activo, ya que la ebullición lo destruía. Pero tanto el extracto caliente como el frío contenían el combustible, que sobrevivía a la ebullición. Si se añadía el extracto caliente al frío, el extracto con catalizador activo recibía combustible fresco y generaba luz.

Décadas más tarde, los científicos llevaron a cabo el mismo experimento con hongos bioluminiscentes, pero la identidad del combustible y el catalizador seguía siendo una incógnita.

Aproximadamente 130 especies de hongos son bioluminiscentes, afirma el micólogo Dennis Desjardin, investigador emérito de la Universidad Estatal de San Francisco, que ha descrito varias de esas especies. Los hongos pasan la mayor parte de su vida en forma de redes de filamentos filiformes llamados micelios, y los micelios de los hongos bioluminiscentes emiten luz, aunque a menudo está oculta dentro de la madera en descomposición en la que crecen muchos de ellos. En las especies que dan setas, estas también pueden brillar.

En 2005, Desjardin empezó a trabajar con el químico Cassius Stevani, de la Universidad de Sao Paulo, Brasil, que investigaba cómo los hongos generaban su brillo. Stevani, junto con el entonces estudiante Anderson Oliveira, había perfeccionado el experimento frío/calor de Dubois, añadiendo diversas sustancias químicas celulares para engrasar la reacción. Tras perfeccionar el protocolo, Stevani quiso realizar el experimento frío/calor utilizando diferentes especies de hongos, una especie para el frío y otra para el calor. Estos experimentos entre especies mostraron que los distintos hongos utilizaban el mismo catalizador y combustible, lo que sugería que la bioluminiscencia había evolucionado solo una vez en el linaje de los hongos, informaron Stevani y Desjardin en 2012.

“Esto fue muy importante”, dice Stevani. “Esto decía: Oh, si tienes un hongo en Rusia o en Asia, puedes usarlo para estudiar el mecanismo, porque es el mismo en todos los hongos”.

Mientras tanto, el bioquímico Ilia Yampolsky, que ahora dirige un laboratorio en la Academia Rusa de Ciencias de Moscú, también estaba tras la pista de la luz fúngica. Stevani se enteró de la noticia. “Me volví loco, claro, porque llevaba 15 años estudiando esto”, dice. Escribió a Yampolsky en 2015, sugiriéndole que colaboraran. Pero los rusos se habían adelantado a Stevani con la luciferina; solo que su descubrimiento aún no se había publicado.

El combustible fúngico resultó estar hecho de un antioxidante llamado hispidina. La hispidina no solo se encuentra en los hongos, sino también en muchas plantas. “La molécula que estuve buscando durante 15 años: miro por la ventana y veo plantas que tienen esta molécula”, dice Stevani.

Desde entonces, los dos equipos han colaborado. (“Hemos confabulado con los rusos”, bromea Desjardin.) Juntos descifraron los detalles de la cadena de montaje bioquímica que conduce a la reacción de emisión de luz y publicaron los resultados en Proceedings of the National Academy of Sciences en 2018. Stevani le puso nombre al catalizador fúngico. Lo llamó luz.

De los hongos a la petunia

Un descubrimiento clave en la creación de la petunia que brilla fue la fuente del combustible luciferina en los hongos. Esta se fabrica a partir de un compuesto precursor llamado ácido cafeico que es común en los hongos y en las plantas. La cadena de montaje de los hongos para producir luz forma un bucle ordenado: el ácido cafeico se convierte en hispidina, la hispidina se convierte en combustible, el combustible emite luz y el compuesto restante se convierte de nuevo en ácido cafeico, reiniciándose el bucle. Stevani se dio cuenta de que, si las plantas también fabricaran ese compuesto precursor, prácticamente cualquier planta podría ser diseñada para brillar. Así se lo dijo a Yampolsky. “Le dije: ‘hombre, tenemos un sistema que utiliza ácido cafeico. Podemos transformar cualquier planta’”.

Yampolsky replicó: “¿Qué crees que estoy haciendo?”

La experta rusa en biología sintética Karen Sarkisyan dirigió el minucioso trabajo de clasificación de los distintos genes implicados en la reacción de emisión de luz. Luego, el equipo introdujo esos genes —del hongo bioluminiscente Neonothopanus nambi— en una planta de tabaco. Y funcionó: los brotes, las yemas, las flores e incluso las raíces brillaron. “Las plantas y los hongos hablan un lenguaje bioquímico similar”, explica Sarkisyan, cofundadora de Light Bio que ahora dirige su propio laboratorio en el Imperial College de Londres. “Y como hablan ese lenguaje bioquímico similar, fue relativamente fácil traducir la ruta metabólica del hongo a la planta”.

Con algunos retoques genéticos más, Sarkisyan, Yampolsky y sus colaboradores consiguieron hacer brillar otras plantas: crisantemo, álamo, Arabidopsis y petunia. En septiembre de 2023, el Departamento de Agricultura de EE.UU. aprobó la solicitud de Light Bio para fabricar y vender petunias que brillan, determinando que las plantas no planteaban grandes riesgos. Cinco meses después, hice mi pedido.

Oh, petunia

Mi petunia parecía una petunia blanca de jardín normal y corriente cuando llegó. Estaba un poco desaliñada; la trasplanté a una maceta nueva y le di un poco de agua y un lugar junto a una ventana soleada. Al cabo de unas semanas se animó. Cuando la llevé a un armario oscuro, sus flores brillaban tenuemente —más tenues que una candela, pero brillaban, al fin y al cabo—.

Quería saber si la petunia podría causar estragos ecológicos: ¿y si se cruzaba con especies silvestres y se escapaban los genes brillantes? ¿Podrían transformarse nuestros espacios exteriores en (muy silenciosas) fiestas botánicas? Pero la luz de la petunia parecía demasiado tenue para interferir en casi nada.

Elsa Youngsteadt, coautora de un artículo en el Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics de 2023 sobre cómo la luz constante en entornos urbanos puede influir en la polinización, estaba básicamente de acuerdo conmigo.

Explicó que no hay petunias silvestres autóctonas en Estados Unidos, que es el único lugar donde existe actualmente la petunia Firefly. Las petunias de jardín comunes y omnipresentes son todas híbridas, resultado de una larga historia de cruces de la Petunia axillaris, de flores blancas y polinizada por polillas, con una especie pigmentada y polinizada por abejas. Estas petunias híbridas presentan ya una loca mezcla de señales que podrían confundir a un polinizador, dice Youngsteadt, experta en ecología de la polinización de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. Y ninguna de ellas ha demostrado ser una especie invasora en Estados Unidos.

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Entonces, ¿la petunia Firefly? “No me alarma de inmediato”, dice Youngsteadt. Pero añade: “¿Por qué invertir tiempo, dinero y riesgos potenciales en hacer que algo brille por diversión?”

En definitiva, ¿por qué? De hecho, cuanto más pensaba en ello, más me preguntaba si introducir los genes fúngicos en la petunia era solo la cereza del pastel. El pastel —la verdadera maravilla— eran todos los años de trabajo detectivesco para averiguar exactamente cómo los hongos conseguían su brillo. Y eso me hizo mirar a mi petunia con un cariño que me sorprendió.

Artículo traducido por Debbie Ponchner