En un avance sin precedentes que desafía nuestras nociones sobre biología, un grupo de científicos ha logrado que células animales realicen la fotosíntesis. Este descubrimiento tiene el potencial de revolucionar la investigación médica y aumentar la producción de carne cultivada en laboratorio.

La fotosíntesis es un proceso bioquímico utilizado por plantas, algas y algunas bacterias para convertir la energía solar en alimento. Este proceso, que ocurre en estructuras celulares llamadas cloroplastos, utiliza agua y dióxido de carbono para producir oxígeno y azúcares que las plantas pueden usar.

Sachihiro Matsunaga, profesor del Laboratorio de Biología Integrada de la Universidad de Tokio y líder de la investigación, explicó:

“Todos los seres vivos en la Tierra, incluidos los humanos, dependen de la fotosíntesis. Las células animales consumen oxígeno, ingieren y descomponen azúcares, y emiten dióxido de carbono. Esta reacción es completamente opuesta a la fotosíntesis”.

Desde la década de 1970, los científicos han intentado inducir la fotosíntesis en células animales.

Matsunaga señaló:

“Si logramos que las células animales realicen incluso una parte de la fotosíntesis, podríamos reducir el consumo de oxígeno, disminuir la ingesta de azúcar y reducir las emisiones de dióxido de carbono”.

Sin embargo, insertar cloroplastos en células animales es un desafío considerable.

Cloroplastos que funcionan en una célula animal

Matsunaga explicó que las células animales identifican los cloroplastos como elementos extraños y los destruyen rápidamente, lo que impide su funcionamiento cuando se introducen en estas células. Debido a esto, después de unos 10 años, la investigación en este campo se detuvo, y se aceptó como un hecho en biología que los cloroplastos no pueden operar dentro de células animales.

Además de ser considerados como material extraño, los cloroplastos enfrentan dificultades para funcionar en el ambiente de una célula animal.

Esta imagen de fluorescencia muestra cloroplastos (de color magenta) incorporados con éxito a las células de hámster, con otras características de la célula animal también resaltadas (núcleos en azul claro y orgánulos en amarillo-verde). Crédito de imagen: R. Aoki, Y. Inui, Y. Okabe et al. 2024/ Proceedings of the Japan Academy, Series B

Matsunaga explica que la mayoría de las algas y plantas realizan la fotosíntesis a temperaturas inferiores a 30 grados centígrados, mientras que las células animales se cultivan a 37 grados centígrados. Por lo tanto, los investigadores necesitaban encontrar cloroplastos que pudieran funcionar en el ambiente cálido de una célula animal.

El éxito del estudio se debió al aislamiento de cloroplastos de schyzon, un organismo que crece en una fuente termal volcánica en Italia a 42 grados Celsius y que mantiene su actividad cloroplástica incluso a 37 grados Celsius.

El siguiente desafío fue evitar que las células animales rechazaran los cloroplastos como material extraño. Matsunaga explica que cuando los cloroplastos se introducen a la fuerza en las células animales, son reconocidos como sustancias extrañas y rápidamente degradados. Sin embargo, en este estudio, los cloroplastos se administraron a las células animales como alimento, en lugar de ser introducidos a la fuerza.

Los cloroplastos ingeridos como alimento lograron mantenerse en las células animales durante al menos dos días, tiempo suficiente para detectar la reacción inicial de fotosíntesis. Esta es la primera vez en el mundo que se ha podido observar la fotosíntesis en células animales, desafiando las expectativas tradicionales en biología.

Células animales con cloroplastos mostraron mayor tasa de crecimiento

Representación digital de una célula híbrido animal-planta. Crédito de imagen: DALL-E 

Además, las células animales que contenían cloroplastos mostraron un crecimiento acelerado, lo que sugiere que los cloroplastos estaban proporcionando una fuente adicional de nutrientes a sus anfitriones.

Matsunaga comentó:

“Me sorprendió porque logramos algo que nadie había conseguido en 50 años y que muchos investigadores biológicos habían dado por imposible”.

¿Significa esto que todos podremos realizar la fotosíntesis? Aún no.

Matsunaga explicó:

“Nuestra tecnología está diseñada para células animales cultivadas, por lo que su aplicación más inmediata sería en el desarrollo de mini órganos para investigación médica y carne artificial. Cuando las células se agrupan en capas, el interior de la masa celular no recibe suficiente oxígeno, lo que detiene la división celular y limita el crecimiento. Sin embargo, si la luz puede penetrar en la masa celular, los cloroplastos pueden suministrar oxígeno, mejorando la condición de hipoxia y permitiendo que la división celular continúe”.

En el futuro, este proceso podría ser prometedor en entornos médicos, por ejemplo, para suministrar más oxígeno a ciertos órganos en pacientes.

Matsunaga añadió:

“Si el objetivo de la terapia es distribuir oxígeno cerca de los vasos sanguíneos del corazón para tratar enfermedades cardíacas, bastaría con implantar una fuente de luz LED cerca del corazón”.

No obstante, antes de que esto sea posible, el equipo deberá lograr que los cloroplastos funcionen durante más de dos días, como en este experimento.

Matsunaga concluyó:

“En el futuro, mejoraremos nuestra técnica para que los cloroplastos puedan realizar la fotosíntesis en células animales durante el mayor tiempo posible”.

Los hallazgos de la investigación titulada “Incorporation of photosynthetically active algal chloroplasts in cultured mammalian cells towards photosynthesis in animals” han sido publicados en Proceedings of the Japan Academy Series B.

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