PhenoChip: un dispositivo de microfluidos para el fenotipado unicelular de fotótrofos unicelulares como microalgas y cianobacterias. Crédito: Lars Behrendt
Tecnología novedosa para la selección de células fotosintéticas individuales para la comprensión de la industria y el ecosistema.
Es posible que necesite un microscopio para presenciar la próxima revolución agrícola. Nueva investigación, publicada en la revista Avances científicos, demuestra cómo se pueden utilizar las tecnologías de microfluidos para identificar, aislar y propagar células únicas fotosintéticamente activas específicas para aplicaciones industriales fundamentales y una mejor comprensión del ecosistema.
Los entornos naturales son inherentemente dinámicos y requieren que los organismos fotosintéticos adapten su fisiología para hacer un uso óptimo de los recursos disponibles y crecer al máximo de sus capacidades. Sin embargo, no todos los organismos fotosintéticos son igualmente eficientes en este ajuste fisiológico, y cuando algunos, por ejemplo, sucumben a los efectos del estrés por temperatura, otros persisten y crecen.
En la agricultura, los seres humanos se han aprovechado de esta heterogeneidad fenotípica en las poblaciones de plantas naturales durante miles de años: la reproducción selectiva de fenotipos de plantas más resistentes o productivas ha dado lugar a muchos de nuestros cultivos modernos y ha sostenido gran parte del progreso humano.
Si bien las microalgas y las cianobacterias tienen un potencial similar para la producción de bioenergía y la biosíntesis de alimentos y productos químicos, hasta ahora, las herramientas para su selección han sido contundentes y difíciles de manejar, dependiendo del cultivo a granel, similar a la selección de características en el trigo a nivel del paisaje. .
Lars Behrendt, profesor asistente del Departamento de Toxicología Ambiental de la Universidad de Uppsala y SciLifeLab. Crédito: Niklas Norberg Wirtén / SciLifeLab
En este nuevo estudio, un equipo de investigadores de Suecia, Dinamarca y Suiza informa sobre una nueva tecnología de microfluidos llamada ‘PhenoChip’ que permite la identificación y selección de fotótrofos unicelulares en entornos relevantes.
“Al igual que cuando nuestros antepasados seleccionaron una planta más resistente a la sequía, ahora podemos seleccionar y propagar fenotipos individuales y comenzar a hacer preguntas fundamentales. ¿Qué mecanismo hace que surja este fenotipo? ¿Persiste durante muchas generaciones? ¿Podemos usarlo para obtener mayores rendimientos de biomasa para aplicaciones biotecnológicas o seleccionar fenotipos resilientes de entornos naturales? ” dice el primer autor Lars Behrendt, profesor adjunto del Departamento de Toxicología Ambiental de la Universidad de Uppsala.
En una primera aplicación de prueba de concepto, el equipo usó PhenoChip en células individuales esenciales para la salud de los arrecifes de coral, ecosistemas que actualmente están bajo presión debido a los cambios climáticos. En su estudio, expusieron células del simbionte de coral Symbiodinium a tratamientos térmicos y químicos, ambos relevantes para el inicio del blanqueamiento del coral. Esto permitió la identificación de células individuales con elevada resistencia al aumento de temperatura y la selección de células que mantuvieron fenotipos específicos durante varias generaciones.
La evolución asistida por PhenoChip de Symbiodinium podría ayudar a las iniciativas en curso que tienen como objetivo mitigar las amenazas a los arrecifes de coral resultantes de los cambios proyectados en las temperaturas de la superficie del mar y otros factores estresantes.
“Posiblemente podríamos usar PhenoChip para crear una ‘biblioteca’ de fenotipos de Symbiodinium deseados y tratar de suministrar estos simbiontes, que no han sido manipulados genéticamente pero fueron seleccionados por ser más robustos por naturaleza, a los corales blanqueados en condiciones de laboratorio. Si bien aún no sabemos si esto mejoraría la capacidad de los corales para recuperarse y persistir frente al estrés futuro, es una idea emocionante ”, dice Behrendt.
Referencia: “PhenoChip: una plataforma fenómica unicelular para análisis fotofisiológicos de alto rendimiento de microalgas” por L. Behrendt, et al., 2 de septiembre de 2020, Avances científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.abb2754
