El CIB Margarita Salas se ha caracterizado desde su creación en 1953 por agrupar a investigadores procedentes de áreas diversas en microbiología, enzimología, endocrinología, metabolismo, neurología, biología del desarrollo, etc., lo que le ha dado un carácter multidisciplinar y dinámico, en constante evolución, y la visión de profundizar en el conocimiento en Biología en un sentido amplio.
Tradicionalmente esta multidisciplinariedad se ha percibido como un factor negativo. Sin embargo, en el contexto de la investigación científica, hacer frente a problemas globales requiere definir estrategias que aborden esos retos desde aproximaciones interdisciplinares.
Un ejemplo de investigación interdisciplinar desarrollado en el CIB Margarita Salas es el que se recoge en un trabajo recientemente publicado en la revista Journal of Experimental Botany por las investigadoras Pilar S. Testillano, Ana Martínez y Carmen Gil, que demuestra por primera vez en plantas que ciertas pequeñas moléculas inhibidoras de la enzima glucógeno sintasa quinasa 3β (GSK-3β) de mamíferos aumentan la tasa de reprogramación celular y la producción de embriones somáticos en varias especies cultivadas, concretamente en colza, cebada y alcornoque, un hallazgo con importantes repercusiones tecnológicas.
Pilar S. Testillano lidera el grupo de Biotecnología del polen de plantas cultivadas en el CIB Margarita Salas y es actualmente vicedirectora de este centro. Ana Martínez y Carmen Gil son las investigadoras principales del grupo de Química médica y biológica traslacional y son co-fundadoras de la spin-off del CSIC Ankar Pharma S.L. En esta entrevista hablamos con las investigadoras acerca de este trabajo, y les preguntamos acerca de su opinión en cuanto a la multidisciplinariedad.
Pregunta | Para empezar, ¿podéis describir brevemente el trabajo realizado en vuestros grupos y las líneas de investigación principales a las que os dedicáis?
Pilar S. Testillano (PST) | En nuestro laboratorio investigamos los mecanismos reguladores de la reprogramación celular en plantas y el desarrollo del grano de polen, y sus aplicaciones biotecnológicas en agricultura sostenible. Entre estos reguladores, analizamos el papel de la autofagia, proteasas, factores epigenéticos, hormonales, o la remodelación de la pared celular, entre otros factores. Una de las principales aplicaciones biotecnológicas de la reprogramación celular es la embriogénesis somática, la cual permite regenerar in vitro plantas seleccionadas, de forma masiva y controlada y en tiempos mucho más cortos que en el campo, lo que permite por ejemplo acelerar la mejora y obtención de nuevas variedades agrícolas, más productivas o adaptadas a estreses producidos por el cambio climático, y en el ámbito forestal. Por ejemplo, permite acortar enormemente el tiempo de producción y propagación de árboles resistentes a patógenos o condiciones ambientales adversas, para programas de reforestación y conservación de ecosistemas amenazados.
Carmen Gil y Ana Martínez (CG/AM) | Nuestro grupo tiene una amplia experiencia en el diseño, síntesis y desarrollo de nuevos fármacos para enfermedades neurodegenerativas e infecciosas, principalmente. En estas dos grandes áreas, hay en la actualidad una falta de tratamientos eficaces y a la vez, una gran necesidad de ellos dado el gran número de población que las padece y los costes sociales y personales que conllevan.
P | Con este contexto en mente, ¿cómo surge una colaboración desde líneas que están aparentemente alejadas? ¿Qué ha motivado este trabajo?
PST | La tecnología de regeneración in vitro de plantas tiene aún muchas limitaciones, siendo muy ineficiente en muchas especies de interés agroforestal, por lo que la búsqueda de nuevos métodos que promuevan la reprogramación celular es un objetivo que abordamos en nuestro laboratorio. Yo conocía hallazgos en el campo de la biología celular humana que demostraban el gran potencial de las “pequeñas moléculas” para promover reprogramación en células de mamífero y pensé que quizá algunas de estas moléculas podrían también aumentar el proceso en plantas. Así que les pregunté a Ana y Carmen qué les parecía la idea y si probábamos con algunas de las moléculas que ellas habían diseñado con fines terapéuticos, en los sistemas de embriogénesis in vitro de plantas de nuestro laboratorio. Les encantó la propuesta e iniciamos la colaboración, con una idea muy novedosa, pero que los resultados están demostrando va a ser muy útil.
CG/AM | Como resultado de nuestra investigación, tenemos una quimioteca propia de moléculas pequeñas de un gran valor, puesto que pueden ser utilizadas como herramientas farmacológicas para diferentes proyectos que van surgiendo. Estas moléculas están caracterizadas en muchos casos y sabemos algunas de las dianas que modulan y su acción farmacológica. Una de las líneas activas es el diseño de pequeñas moléculas que puedan estimular la neurogénesis endógena -es decir, la produccion de nuevas neuronas a partir de las celulas madre neurales existentes en zonas concretas de nuestro cerebro- ya que pueden tener un potencial terapéutico muy alto en la reparación o modulación de muchos procesos de daño neuronal. Cuando Pilar nos preguntó si teníamos algún compuesto que pudiera ayudar o estimular la embriogénesis, pensamos que quizás estas moléculas pudieran tener este efecto, puesto que ya habíamos probado la modulación en células madre adultas en modelos animales.
P | ¿Cuáles son los resultados principales que habéis obtenido?
PST | Varias moléculas han funcionado, aumentando la tasa de reprogramación y embriogénesis y la producción in vitro de embriones somáticos (a partir de microsporas y otros tipos celulares). Además, los efectos promotores de las moléculas se han obtenido tanto en especies agrícolas, como colza y cebada, como en una especie forestal, el alcornoque. Con una de estas moléculas hemos determinado además que su actividad en plantas es análoga a la descrita en mamíferos, que es la inhibición de la actividad enzimática GSK3 de plantas, lo cual a su vez activa la ruta de señalización hormonal de los brasinosteroides y promueve la embriogénesis. Estos hallazgos son muy novedosos ya que sugieren cierta homología de la ruta de señalización de la reprogramación celular en animales y plantas, y además abren una nueva vía de intervención para este proceso en plantas.
CG/AM | ¡Han funcionado! Es decir, el tratamiento de los embriones de plantas de muy diversas especies con nuestras moléculas aumenta la capacidad de embriogénesis y por tanto el número de nuevas plantas. Esto nos indica que, en los seres vivos, las vías de señalización celular de procesos muy básicos como la reprogramación celular deben estar bastante conservadas.
P | ¿Cuáles serían las aplicaciones principales de estos hallazgos?
PST | Estos resultados constituyen una innovación tecnológica totalmente nueva en el campo del cultivo in vitro de plantas, ya que este tipo de moléculas y los protocolos que hemos desarrollado no se habían empleado nunca antes, hay que recalcar que se trata de moléculas procedentes de bibliotecas químicas del ámbito biomédico. Su aplicación permitirá aumentar la eficiencia de producción de embriones y plantas in vitro en especies de interés, para mejora, selección y propagación de genotipos con características superiores de producción, calidad o resiliencia ante estreses, que es un gran problema actualmente en los sectores viverísticos agrícola y forestal. Por otra parte, también se puede aplicar para mejorar la regeneración in vitro de plantas en técnicas de edición génica, lo cual también es un gran cuello de botella en el sector agrobiotecnológico.
CG/AM | Son muy variadas y muy valiosas todas ellas, en el campo agrícola, forestal y agrobiotecnológico. Nuestra primera patente ha tenido mucha aceptación y tenemos varias empresas, nacionales e internacionales, que ya están trabajando con nuestros compuestos en diferentes aplicaciones.
P | ¿Vais a continuar con esta línea de investigación? ¿Cuáles serían los siguientes pasos?
PST | Por supuesto, estos resultados nos están animando a probar más moléculas con otras actividades muy interesantes en mamíferos y que el grupo de Ana y Carmen conocen muy bien, y que podrían tener también efectos en plantas, para favorecer la reprogramación y regeneración in vitro. También queremos extender los estudios a otras especies y variedades de interés agrario y forestal en las que la embriogénesis somática tiene muy poca eficiencia, y que esperamos que estas nuevas moléculas puedan mejorar. A la vez, estamos investigando las posibles dianas de estas pequeñas moléculas en las plantas, lo cual está proporcionando nueva información sobre la regulación de estos procesos en plantas.
CG/AM | Por nuestra parte, estamos encantadas con esta colaboración que además vemos muy cerca del mercado. Ahora vamos a dar dos pasos importantes. Por un lado, intentar modular la embriogénesis de varias especies forestales, para lo cual tenemos que elegir o modificar las moléculas con el fin de que puedan ser preparadas con facilidad y de forma económica ya que hay que utilizarlas en medio de cultivo sólido, gelificado, en el que la difusión es menor, y que es el sistema más habitual en el que se desarrollan los embriones y plántulas en los laboratorios in vitro de las empresas viverísticas de este sector. La siguiente línea supone el inicio en nuestro laboratorio de la búsqueda de moduladores epigenéticos, que sabemos modulan la embriogénesis de plantas. En este caso, se podrá explorar también su potencial terapéutico en diversas patologías humanas.
P | Este estudio es un ejemplo de cómo la interdisciplinariedad permite llegar a resultados pioneros e innovadores. ¿Podéis dar vuestra opinión acerca de la percepción negativa que se ha asociado a la multidisciplinariedad?
PST | Para mí está muy claro que la multidisciplinariedad es una fortaleza, y los resultados que estamos comentando así lo demuestran, ya que nunca se hubieran obtenido sin un enfoque entre dos disciplinas, a priori alejadas entre sí, la biotecnología de plantas y la química médica. A veces no es fácil encontrar colaboradores en otras áreas, aunque tengas una idea que necesita de un experto en otra disciplina para poder desarrollarla. En el CIB Margarita Salas tenemos la ventaja de convivir grupos de investigación de muy diversas áreas, lo cual hace más fácil encontrar estas sinergias. Además, en nuestro caso, el entendimiento y el entusiasmo en esta colaboración han sido muy buenos desde el principio.
CG/AM | En realidad nosotras estamos muy acostumbradas a la investigación multidisciplinar pues en química médica se combina la química, la biología y la biomedicina de una forma muy estrecha, y esa es la única manera de generar moléculas con un alto valor añadido, como son los fármacos. Para nosotras, la multidisciplinariedad siempre ha sido y será una fortaleza y hemos creído en ella siempre.