La literatura científica y tecnológica está repleta de nanotecnología y sus aplicaciones médicas y de fabricación. Pero está en un área con un aura menos deslumbrante, las ciencias de las plantas, donde los avances de la nanotecnología están contribuyendo dramáticamente a la agricultura.

Los investigadores de la Universidad Estatal de Iowa ahora han demostrado la capacidad de administrar proteínas y ADN a las células vegetales, simultaneamente. Esto es importante porque ahora abre oportunidades para una edición del genoma vegetal más sofisticada y dirigida, técnicas que requieren la entrega precisa de proteínas y ADN para producir modificaciones genéticas específicas en las plantas de cultivo. Tales modificaciones son cada vez más importantes frente a nuestros climas cambiantes como nuevas plagas de insectos, las enfermedades de las plantas y las tensiones del suelo surgen donde antes había pocas.

Si bien la entrega de ADN a las células se ha convertido en una rutina, la entrega de proteínas y enzimas a células animales y vegetales ha resultado más desafiante. El avance de la entrega de proteínas del equipo del estado de Iowa es un logro importante hacia este fin.

La revista publicó en línea un artículo de investigación que describe el avance. Materiales funcionales avanzados . El trabajo fue patrocinado parcialmente por Pioneer Hi-Bred con el apoyo a largo plazo del Instituto de Ciencias Vegetales de la Universidad Estatal de Iowa.

El equipo de investigación del estado de Iowa incluye a Kan Wang, profesor de agronomía; Brian Trewyn, científico asociado en química; Susana Martín-Ortigosa, investigador asociado posdoctoral en agronomía; y Justin Valenstein, estudiante de doctorado en química.

Las nanopartículas son materiales diminutos que tienen el tamaño equivalente a varias moléculas situadas una al lado de la otra o del tamaño de un virus grande. Un solo nanómetro es una mil millonésima parte de un metro. El virus que causa el SIDA tiene aproximadamente 100 nanómetros de diámetro.

Usando nanopartículas de sílice mesoporosas tipo panal de abeja nuevas y mejoradas que el equipo de Iowa State diseñó hace cinco años, los investigadores han demostrado la co-entrega de proteína funcional y ADN en células vegetales.

La primera generación de estas partículas personalizadas era relativamente pequeña (100 nanómetros), por lo que los espacios de empaque disponibles no podían acomodar moléculas funcionales más grandes, como proteínas o enzimas. Esta próxima generación tiene un tamaño cinco veces mayor (500 nanómetros) y se parece a una pieza ultrafina de cereal Honeycomb.

La clave del éxito de los investigadores es un método recientemente diseñado para hacer bolsas uniformes más grandes en las nanopartículas personalizadas. Una modificación adicional —chapado en oro de toda la partícula de sílice antes del empaque— mejoró la unión del ADN y las proteínas para una carga útil más segura.

Para probar la efectividad de la nueva partícula, Wang y sus colegas cargaron los poros con una proteína verde fluorescente derivada de medusas, que sirve como un marcador fotográfico dentro de la célula vegetal. Próximo, estas partículas se recubrieron con ADN que codifica una proteína roja de coral. Luego, el complejo se disparó a las células vegetales con una pistola de genes, un método tradicional de administración de genes que hace que el material extraño atraviese la pared celular protectora de la planta.

La innovación del chapado en oro agregó un peso balístico muy necesario a las partículas, asegurando su capacidad para atravesar la pared celular de la planta una vez que se libera de la pistola genética.

Las células que emiten fluorescencia tanto en rojo como en verde al mismo tiempo confirman una entrega exitosa. El equipo ha demostrado su éxito en cebolla, células de tabaco y maíz.

El trabajo es una realización tangible de los esfuerzos que el equipo tuvo en la etapa de diseño hace solo dos años cuando su colega Victor Lin de la Universidad Estatal de Iowa y el Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Fallecieron inesperadamente. "Era un científico tan brillante, ", dice Wang." Todos nos sentimos completamente perdidos cuando lo perdimos ".

Pero el equipo se unió capitalizando la excelente capacitación que todos habían recibido al trabajar con Lin para hacer realidad esta partícula de próxima generación.

"No hubiéramos podido resolver nada sin el otro, ", dice Wang." Este éxito prueba que su legado continúa ".