A primera vista, los tomates que crecen en el laboratorio de Lucas van der Zee no parecen especialmente fuera de lugar. Pero lo que falta marca la diferencia: ni hojas, ni tallos, ni raíces, ni luz. Estos frutos crecen a partir de flores colocadas en una solución nutritiva a base de azúcar, sin necesidad de una planta completa. "No intentamos recrear la naturaleza", dice van der Zee. "Nos preguntamos qué funciones necesitamos realmente para cultivar una fruta y cómo aislarlas".
Esa pregunta es la base de Fruit of Knowledge, un proyecto de colaboración entre la Universidad de Wageningen y la Universidad de Utrecht que pretende producir fruta cosechable directamente a partir de células madre vegetales, saltándose por completo la fase vegetativa. En lugar de optimizar el crecimiento de toda la planta en un entorno de alta tecnología, van der Zee y su colaborador Niels Peeters intentan reconstruir la producción de fruta desde el nivel celular.
© Lucas van der Zee
Flor inducida directamente a partir de tejido meristemático in vitro, saltándose la fase vegetativa.
Deconstruir la planta
El equipo piensa en términos de funciones, no de estructuras. En lugar de cultivar una planta completa para obtener un tomate, se centran en las acciones biológicas necesarias para cultivar solo el fruto. El resultado es un sistema modular de cinco fases:
1. Material de partida
El tejido se obtiene de una semilla, un callo o un embrión. El equipo también puede regenerar tejido vegetal a partir de células somáticas utilizando hormonas vegetales.
2. Formación del meristemo
El tejido se trata con citoquininas para desencadenar el desarrollo de un meristemo, la zona de células madre responsable del crecimiento de nuevos órganos. En condiciones naturales, el meristemo produciría tallos y hojas.
3. Inducción de la floración
Mediante señales hormonales, se fuerza al meristemo a florecer antes de tiempo, saltándose la fase habitual de crecimiento vegetativo. "Estimulamos el meristemo para que forme una flor directamente", explica van der Zee. "Ese es el verdadero cambio en la lógica del desarrollo".
4. Desarrollo del fruto
Una vez que la flor se ha formado y es polinizada o estimulada químicamente, empieza a fructificar. El tomate en desarrollo se transfiere a un medio estéril de azúcar y nutrientes. Los nutrientes se absorben a través del tallo cortado; nunca se forman raíces.
5. Control de la contaminación
Los azúcares constituyen un medio de crecimiento ideal no solo para las plantas, sino también para bacterias y hongos. La gestión de la contaminación es crucial. "Básicamente, estás creando un paraíso para los microorganismos", señala van der Zee. "Mantenerlos fuera es la mitad del reto".
Suministro de nutrientes sin raíces
Sorprendentemente, la ausencia de raíces no ha supuesto un gran obstáculo para la absorción de nutrientes. La simple colocación del tallo de la flor en el medio ha demostrado su eficacia. Los nutrientes se absorben a través del tejido vascular del fruto mientras el pedúnculo siga funcionando. "Se forma algo de tejido cicatricial, pero no parece dificultar la absorción", explica van der Zee. "El sistema funciona bien, al menos con los tomates".
Esto imita los principios utilizados en los biorreactores de inmersión temporal, habituales en el cultivo de tejidos vegetales, donde los tejidos se sumergen periódicamente en medio de crecimiento y luego se exponen al aire para su oxigenación.
© Lucas van der Zee
Tomate cultivado en un medio a base de azúcar sin suelo ni sistema radicular. Los frutos absorben los nutrientes directamente a través del tallo cortado.
Floración sin plantas
Mientras van der Zee se centra en el desarrollo de los frutos, Niels Peeters, investigador de Utrecht, trabaja en el aspecto molecular de la inducción floral. Su función es generar flores directamente a partir de células vegetales indiferenciadas, incluso sin una planta madura.
"Si utilizo un trozo de tallo, sigue creciendo y se convierte en flor, como si recordara lo que estaba haciendo", explica Peeters a la revista Wageningen Resource. "Cómo lo recuerda es un misterio. Eso me intriga".
Estos avances permiten al equipo eludir una de las partes de cualquier sistema de cultivo que más energía y recursos consume: la fase vegetativa temprana. También abren la puerta a ciclos de cultivo in vitro mucho más rápidos, que permiten múltiples floraciones en una fracción del tiempo.
© Niels PeetersUn tomate cultivado completamente in vitro, desde la flor hasta el fruto, sin luz, raíces ni planta madura. Foto cortesía de Niels Peeters.
Una plataforma flexible y evolutiva
El sistema aún está en fase de desarrollo, y aún quedan retos por superar. Los frutos cultivados in vitro sin ninguna parte del tallo tienden a ser pequeños. "Con un segmento del tallo principal todavía unido, hemos visto que la fruta crece tanto o más que en la planta", dice van der Zee. "Sin él, el crecimiento es limitado. Aún estamos investigando la causa".
Cada variedad también se comporta de forma diferente en cultivo. Esa variabilidad es una limitación, pero el equipo la acepta. "En biología no hay reglas universales", afirma van der Zee. "Cada especie, incluso cada tipo de tejido, responde a su manera. Por eso esto nunca será un plug and play. Es un trabajo artesanal".
© Lucas van der Zee Fresa cultivada in vitro tras la floración, parte de los primeros ensayos para comprobar cómo responden los distintos frutos al desarrollo alimentado con azúcar.
Hacia un nuevo tipo de sistema
Van der Zee cree que, a largo plazo, los sistemas frutícolas podrán diseñarse como plataformas de fermentación: optimizados para rasgos específicos, escalables y adaptables a distintos entornos y cultivos. "Creo que el espacio de diseño está muy abierto. Se podría pasar de biorreactores de estilo biotecnológico a algo que se parezca más a una granja vertical pero sin luces."
Por ahora, el objetivo es validar cada etapa del sistema y probar su flexibilidad. Pero las implicaciones ya están claras: si la fruta puede crecer a partir de tejido meristemático, sin tierra, raíces ni luz, puede que la definición de agricultura tenga que cambiar. "No se trata de imitar a la planta", dice van der Zee. "Se trata de entender qué hace posible una fruta y diseñar un sistema para ello".
Para más información:
Universidad e Investigación de Wageningen
Lucas van der Zee
[email protected]
Universidad de Utrecht
Niels Peeters
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