Los científicos de un grupo internacional liderado por RIKEN Cluster for Pioneering Research en Japón han desarrollado una forma sencilla de controlar el nivel de etileno, una hormona importante, en plantas. El etileno está involucrado en muchos procesos en plantas, como la maduración de los frutos y la caída de las hojas en otoño. La detección se realizó mediante una metaloenzima artificial, es decir, una proteína, en este caso albúmina, que encierra un metal que actúa como catalizador.

Las metaloenzimas son muy comunes en la naturaleza, funcionando en lugares como la sangre, donde los átomos de hierro en la hemoglobina ayudan a transportar oxígeno, o en cloroplastos vegetales, donde los átomos de manganeso ayudan al proceso de fotosíntesis. Las proteínas permiten que los catalizadores metálicos pasen a través del cuerpo hacia los tejidos donde se necesitan sin ser "sofocados" por antioxidantes como el glutatión. El "diseño" químico ahora permite a los científicos humanos diseñar metaloenzimas artificiales, modelado a partir de moléculas naturales, pero que realizan funciones que no se encuentran en la naturaleza.

Para el estudio actual, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , Los coautores principales Kenward Vong y Shohei Eda de RIKEN CPR decidieron centrar su trabajo en un biosensor para detectar el gas etileno. El gas etileno es una de las tres principales hormonas que utilizan las plantas. Se sabe que interviene tanto en el desarrollo de plantas, como la maduración de la fruta, perdiendo hojas antes del invierno, y creciendo hojas nuevas, y en respuesta a tensiones como la depredación y la sequía. Por esta razón, El etileno se aplica comúnmente a las plantas frutales para estimular la madurez de las frutas.

Diseñaron una molécula que contiene un andamio de albúmina utilizado para contener un catalizador de rutenio, diseñado de tal manera que se vuelva fluorescente en presencia de etileno. Probaron la metaloenzima en varias frutas y verduras, y encontraron que era capaz de detectar la presencia de etileno en las frutas a medida que maduraban. A diferencia de los biosensores de etileno anteriores, sin embargo, pudo mostrar la distribución del etileno sobre la fruta, proporcionando un mapa espacial y temporal detallado de cómo se propaga el etileno. Luego, el grupo utilizó un modelo de planta experimental, Arabidopsis thaliana, examinar la liberación de etileno en respuesta a tensiones tales como patógenos, y encontraron que el bioensayo pudo detectar con precisión la presencia del etileno.

Según Katsunori Tanaka, el líder del grupo de investigación, "Nuestro trabajo tiene dos implicaciones importantes. Una es en el campo de las metaloenzimas artificiales, donde hemos podido utilizar un principio de la naturaleza para producir algo que no existe en la naturaleza. Y en segundo lugar, nuestro trabajo contribuirá a comprender cómo se produce el etileno en las plantas, ya que podemos medir la concentración de etileno cuando todavía está dentro de las células ".

El grupo planea continuar trabajando para mejorar el sistema, por ejemplo, haciendo que su reactividad sea más rápida para que pueda medir el etileno antes de su transición a gas, y mejorar su capacidad para entrar en las células en lugar de permanecer en el entorno extracelular.