¿Las plantas tienen un sistema de defensa?

Por: Prof. Lucia Bertholdo, Departamento de Bioingenieria e Ingeniería Química.

Fuente Imagen: Harland's Creek Farm

Tenemos en nuestra biodiversidad grandes oportunidades de investigacion y sabemos mucho poco sobre eso. Me parece interesante que hablemos sobre las sustancias que producen las plantas. Sustancias esas que resultan mortíferas en cantidades ínfimas.

¿Ya se preguntaron porque existen plantas venenosas? ¿Porque las plantas producen esas sustancias toxicas? ¿Que son esas toxinas?

Todos conocemos plantas con valores o propiedades medicinales que han resultado (y resultan) de gran ayuda al ser humano a lo largo de su historia. Sin embargo, algunas poseen sustancias tremendamente peligrosas que pueden provocar incluso la muerte.

Dentro de las plantas más venenosas del mundo, está el ricino (Ricinus communis)(figura 1). El ricino o la higuera infernal es un arbusto originario de África de tallo grueso y leñoso, cuyas hojas pueden ser de un color rojo o púrpura oscuro y suele estar cubierto de un polvillo blanco, la ricina, que es altamente tóxico. El contacto con esta sustancia provoca náuseas, calambres abdominales, vómitos, hemorragia interna e insuficiencia renal, terminando a los pocos días con la muerte del afecto. Y es que la ricina interfiere en el metabolismo celular humano; al bloquear el proceso químico que sustenta la vida, las células mueren y los órganos comienzan a fallar poco a poco hasta provocar la muerte (1)_.

Figura 1 . Ricinus communis (1)

Una de las principales revelaciones de investigación de esos compuestos producidos por las plantas hizo una relación con la defensa. Las plantas han generado con la evolución una serie de sistemas de defensa contra el ataque de insectos y patógenos basada en la acción combinada de varios factores. Dentro los diversos sistemas de defensa ya estudiados destacamos un número elevado de proteínas que han sido descritas como parte de los mecanismos de defensa de las plantas.

También se extrae de las semillas de R. communis, el aceite de ricino. La toxicidad de esa planta está relacionada con las ricinas o también denominadas proteínas RIP (Ribosome Inactivating Protein), las cuales son proteínas capaces de inactivar los ribosomas.

El mecanismo de acción de las RIPs, fue propuesto por Endo et al., 1987(2) estudiado en rRNA en ratones (figura 2). La ricina es el prototipo de la familia de proteínas inactivadoras de ribosomas tipo II (RIP). La subunidad A de la toxina de la ricina (RTA) es una N-glucosidasa del RNA que cataliza la hidrólisis de un residuo de adenina conservado dentro del lazo de sarcina / ricina del RNAr 28S, resultando en arresto de ribosomas y apoptosis (2-3).

Fig 2. Mecanismo de acción de las RIPs propuesto por Endo et al., 1987 (2).

De una forma más simple se puede comparar el proceso de traducción de la síntesis proteica en la figura 3, a la izquierda el proceso de síntesis de proteína. Al lado, a la derecha se observa un cambio en la estructura del ribosoma, por la pérdida de la adenina, de acuerdo con el propuesto por Endo y colaboradores (Figura 2) impidiendo la síntesis de proteína.

Figura 3. Síntesis de proteínas en eucariotas y efecto de las RIPs en la síntesis proteica.

Intentando contribuir con las investigaciones en esa área, nosotros evaluamos el efecto insecticida de las proteínas inactivadoras de ribosomas (RIPs tipo I). Los resultados mostraron que estas proteínas tienen un efecto entomotóxicos en insectos lepidópteros y que después de ingerir una dosis total de 20 o 40 microgramos de las proteinas causan lesiones extensas de ADN. (4)

Además de todo que conocemos sobre la actividad de esas proteínas, aparece un tema aún en gran parte inexplorado, cuyo papel en la naturaleza es probablemente importante, y no se limita a la biología de las plantas, ya que las RIP se han encontrado también en otros organismos (hongos, algas y bacterias).

Entonces nos queda la duda.

¿Porque plantas, algas, hongos y bacterias invierten energía para producir eso tipo de proteína? Proteínas esas que pueden llevar muchos organismos a muerte.

Por el momento, por no tener la respuesta, los científicos creen que se podría emplear estas proteínas en la creación de plantas transgénicas capaces de soportar las infecciones y aprovechar la capacidad de las RIP para atacar enfermedades humanas. Así una gran variedad de investigacion están siendo hechas a partir del conocimiento básico de actividad de las RIPs, como las RIPs aisladas de hojas  Mirabilis jalapa L. que mostro alta citotoxicidad en las células malignas (5), actividad antimicrobiana (5) y la expresión en Escherichia coli inhibiendo la síntesis de proteína del virus de la hepatite B.

Bibliografía:

1. Las plantas más venenosas del mundo. https://www.muyinteresante.es/naturaleza/fotos/las-plantas-mas-venenosas-del-mundo/ricino-ricinus-communis. Acesado en 20/6/2018
2. Endo Y, Mitsui K, Motizuki M, Tsurugi K. 1987. The mechanism of action of ricin and related toxic lectins on eukaryotic ribosomes. The site and the characteristics of the modification in 28 S ribosomal RNA caused by the toxins. J Biol Chem 262:5908 –5912.
3. Tesh VL. 2012. The induction of apoptosis by Shiga toxins and ricin. Curr Top Microbiol Immunol 357:137–178.
4. Bertholdo-Vargas, L. R.; Martins, J ; Bordin, D ; Salvador, M ; Schafer, A ; Barros, N ; Barbieri, L ; Stirpe, F ; Carlini, C .(2008). Type 1 ribosome-inactivating proteins Entomotoxic, oxidative and genotoxic action on Anticarsia gemmatalis (Hübner) and Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae). Journal of Insect Physiology, v. 55, p. 51-58.
5. Pertiwi, Deasy; Martien, Ronny; Sismindari; Ismail, Hilda. 2018. Formulation of nanoparticles ribosome inactivating proteins from Mirabilis jalapa L. (RIP MJ) conjugated AntiEpCAM antibody using low chain chitosan-pectin and cytotoxic activity against breast cancer cell line. Pakistan Journa,l of Pharmaceutical Sciences . 31: 379-384.
6. Hassan, Y.; Ogg , S.; Ge, H. Expression of novel fusion antiviral proteins Ricin A Chain-Pokeweed Antiviral Proteins (RTA-PAPs) in Escherichia coli and their inhibition of protein synthesis and of hepatitis B virus in vitro. BioRxiv preprint first posted online May. 15, 2018.

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