Un grupo de investigadores australianos ha logrado crear diminutos compartimentos capaces de potenciar la eficiencia de la fotosíntesis, lo que podría aumentar el rendimiento de cultivos como el trigo y el arroz, al tiempo que reduce drásticamente el consumo de agua y nitrógeno.

El trabajo, publicado en Nature Communications, ha sido desarrollado por el equipo del profesor asociado Yu Heng Lau, de la Universidad de Sídney, en colaboración con el grupo del profesor Spencer Whitney, de la Universidad Nacional Australiana (ANU). Durante cinco años, ambos equipos han trabajado para resolver una de las grandes limitaciones de la biología vegetal moderna: cómo lograr que las plantas fijen el carbono de manera más eficiente.

“Oficinas” a nanoescala para la enzima Rubisco

El estudio ha diseñado pequeñas “oficinas” a nanoescala que alojan la enzima Rubisco, fundamental en el proceso de fijación del dióxido de carbono (CO₂) durante la fotosíntesis. Este enfoque permite encapsular la enzima en un entorno controlado y optimizar su compatibilidad para futuros cultivos, con el fin de producir alimentos con menor gasto energético y de recursos.

A pesar de ser esencial para la vida vegetal, la Rubisco es sorprendentemente ineficiente. Según el investigador Taylor Szyszka, del Centro de Excelencia ARC en Biología Sintética y la Facultad de Química de la Universidad de Sídney, la enzima es lenta y, con frecuencia, reacciona de forma errónea con el oxígeno en lugar del CO₂, lo que genera un proceso que desperdicia energía y recursos. Este fallo obliga a las plantas a producir grandes cantidades de Rubisco: en algunas hojas, hasta el 50 % de la proteína soluble corresponde a esta única enzima, con un elevado coste en términos de nitrógeno y energía.

Inspiración en las algas y cianobacterias

El investigador Davin Wijaya, de la Universidad Nacional Australiana, coautor del estudio, explica que este fenómeno constituye “un cuello de botella importante en la eficiencia con la que las plantas pueden crecer”.

Para superarlo, los científicos se inspiraron en organismos como las algas y cianobacterias, que hace millones de años desarrollaron estructuras naturales para concentrar CO₂ en torno a la Rubisco. Estos compartimentos, conocidos como carboxisomas, funcionan como pequeños laboratorios en miniatura donde la enzima trabaja de forma más rápida y eficiente.

El reto ha sido trasladar este mecanismo natural a las plantas de cultivo. Aunque se ha intentado durante años incorporar estos sistemas de concentración de CO₂, los carboxisomas son estructuras complejas que requieren la interacción precisa de múltiples genes y solo pueden albergar su Rubisco nativa.

El nuevo avance australiano supone un paso clave hacia el diseño de compartimentos sintéticos más simples y compatibles con la Rubisco de cultivos agrícolas, lo que abre la puerta a plantas más productivas y sostenibles.