067 BIOVAL+

BioVal+ persigue la biofortificación y la mejora de la tolerancia al estrés hídrico a través de un compuesto experimental

Plantas cultivadas in vitro con distintas concentraciones del bioestimulante S6-057

BioVal+ es el acrónimo del proyecto titulado “Un nuevo bioestimulante para la producción de metabolitos saludables de alto valor añadido”, cuyo objetivo es desarrollar bioestimulantes que aumenten la producción y acumulación de metabolitos de interés en productos vegetales para mejorar la calidad nutricional y comercial de los alimentos derivados. La investigación, liderada por investigadores del CSIC (Manuel Rodríguez Concepción) y de la
Universidad Politécnica de Valencia (Jorge Lozano Juste) en el Instituto de Biología
Molecular y Celular de Plantas, IBMCP, se basa en la doble acción del compuesto experimental S6-057, que parece propiciar tanto la adaptación a la sequía como la acumulación de nutrientes en el cultivo. La utilización del bioestimulante S6-057 puede contribuir al desarrollo de un sector agroalimentario más sostenible mediante la biofortificación, la tolerancia al estrés hídrico, el uso en biofactorías, la economía circular o el propio aporte de nuevos conocimientos científicos.

El equipo investigador de BioVal+ indica que el proyecto surgió a partir de resultados todavía no publicados en los que se demuestra que algunos compuestos pueden estimular la respuesta al ABA y también la acumulación de antioxidantes. El ABA está relacionado con la respuesta a estreses abióticos como la sequía. Es el responsable, entre otros efectos, de cerrar los estomas para evitar la pérdida de agua por transpiración. La respuesta a la sequía de S6-057 y sus análogos se basa en activar los receptores de ABA, siendo compuestos con una estructura química totalmente nueva. Puede decirse que engañan a los receptores, haciéndoles creer que son ABA. A continuación, activan las señales químicas y moleculares de las células en las que se encuentran, provocando el mismo efecto que causaría el ABA: un mejor aprovechamiento de los recursos hídricos dentro del vegetal. Según la FAO, la sequía es el principal factor de pérdida de producción agrícola, por lo que disponer de una nueva herramienta que afronte este problema es de gran interés.

Los antioxidantes, por su parte, combaten a los radicales libres, reduciendo la oxidación de las células, algo así como frenar su envejecimiento. En concreto, los antioxidantes que se acumulan en grandes cantidades en presencia del bioestimulante S6-057 son tocoferoles, un grupo de moléculas que se suelen agrupar bajo la denominación “vitamina E”. Una mayor acumulación de tocoferoles con actividad antioxidante puede aumentar la calidad nutricional de los cultivos, una mejora muy atractiva en el escenario global de escasez de alimentos que se dibuja. El desarrollo de la investigación permitirá conocer si el bioestimulante es eficaz en distintos alimentos de origen vegetal y saber si estos son aptos para la producción comercial y el consumo humano.

Célula de una planta tratada con S6-057 donde se observan distintos tipos de cloroplastos

BioVal+ también plantea la aplicación de S6-057 fuera de la agricultura. Si el bioestimulante promueve conserva su efecto de sobreacumulación de tocofoeroles al ser cultivado in vitro, se abre la posibilidad de la explotación en biofactorías o granjas celulares. Una ventaja de usar cultivos celulares es que los extractos presentan una gran homogeneidad y se obtienen en condiciones de asepsia, libres de microrganismos y de agentes patógenos. Además, no compiten con los cultivos por el espacio o los recursos. El equipo investigador confía en la utilidad de los metabolitos bioactivos generados en cosmética, nutrición y salud.

Otro de los aspectos que abarca este proyecto poliédrico es el aprovechamiento de residuos y suproductos. BioVal+ ensayará el efecto de S6-057 en hojas de plantas cultivadas por sus frutos (tomate) o tubérculos (patata) y que, por tanto, no se aprovechan. De obtener resultados positivos, dichos subproductos pasarían a estar enriquecidos en compuestos de alto valor añadido, favoreciendo su posible comercialización y contribuyendo por tanto a una agricultura más sostenible y una economía circular.

La investigación también aportará información clave para entender procesos básicos que después podrá ser aprovechada para nuevas aplicaciones. La ciencia básica, cuya aplicación no es inmediata, supone los cimientos en los que se apoya la actividad científica y las futuras aplicaciones. Los resultados de BioVal+, en concreto, contribuirán a entender mejor cómo los plastos readaptan su metabolismo y ultraestructura para producir y secuestrar altos niveles de lípidos como los tocoferoles. Desvelar el mecanismo molecular y los factores implicados en la acción de S6-057 aportará también información sobre genes cuya manipulación podría contribuir a la biofortificación de cultivos. Por otra parte, la información obtenida también nos permitirá desarrollar un modelo estructura-actividad para definir las regiones más importantes de S6-057 y moléculas análogas con la finalidad de poder mejorar sus propiedades como bioestimulantes.

Entrevista a Manuel Rodríguez Concepción, investigador principal del proyecto BioVal+

¿Cuál es el objetivo principal de su investigación?

El desarrollo de bioestimulantes que aumenten la producción y acumulación de metabolitos de interés en productos vegetales para mejorar la calidad nutricional y comercial de los alimentos derivados.

¿Qué resultados ha obtenido hasta el momento y cómo cree que estos pueden contribuir al objetivo principal de su investigación?

BioVal+ surge de nuestros datos no publicados que indican que algunos compuestos capaces de estimular la respuesta a ácido abscísico (ABA, una hormona vegetal implicada en la resistencia a estreses abióticos como la sequía) generan cambios en el metabolismo de isoprenoides plastídicos, incluyendo una pérdida de clorofilas y una gran acumulación de tocoferoles (antioxidantes con actividad vitamina E). El compuesto que mejor ha funcionado hasta el momento es el denominado S6-057.

¿Qué metodología y tecnologías está utilizando en su investigación?

Técnicas de microscopía electrónica, bioquímica y biología molecular, ómicas (incluyendo RNA-seq) y genética química (chemical screening) para estudiar el modo de acción molecular de S6-057, que se complementarán con abordajes de ecotoxicología y cultivos celulares para desarrollar otros derivados con propiedades mejoradas.

¿En qué medida su investigación está contribuyendo al desarrollo de un sector agroalimentario más verde, sostenible y/o saludable? ¿En cuáles de los Objetivos de Desarrollo Sostenible se enmarca su proyecto?

La malnutrición es aún un grave problema a nivel mundial, ya sea por deficiencia de alimentos (hambre), por exceso de calorías (obesidad) o, de manera más extendida, por un insuficiente aporte de micronutrientes en la dieta (lo que se conoce como “hambre oculta”). Por otro lado, las limitaciones globales en recursos naturales como el suelo, el agua y la energía, junto con una población en constante crecimiento y un escenario de cambio climático, genera inseguridad alimentaria. BioVal+ da respuestas a estos desafíos mediante el desarrollo de un nuevo tipo de bioestimulante relacionado con S6- 057 cuyos principales puntos de interés son los siguientes:

1. Aumento de la calidad nutricional de los cultivos (biofortificación). El desarrollo del proyecto permitirá establecer la eficacia del bioestimulante en distintos tipos de alimentos de origen vegetal y establecer su toxicidad con vistas a su uso comercial.

2. Mejora de la tolerancia al estrés hídrico. S6-057 y sus análogos se generaron por su potencial capacidad de actuar como agonistas de ABA (moléculas capaces de activar los receptores de esta hormona) con una química totalmente nueva. De hecho, nuestros datos indican que la aplicación de S6-057 activa la señalización de ABA en plantas de cultivo. Según la FAO, la sequía es el principal factor de pérdida de producción agrícola, por lo que disponer de una nueva herramienta que afronte este problema es de un gran interés.

3. Utilización en cultivos celulares (biofactorías). Es esperable que la aplicación de S6-057 o/y sus análogos a células en cultivo genere el mismo fenotipo de sobreacumulación de tocoferoles que lo observado en tejidos vegetales. También confiamos que la producción de estos metabolitos bioactivos de gran interés comercial por sus usos en cosmética, nutrición y salud, pueda ser aún más elevada mediante el uso de elicitores y procedimientos patentados por investigadores de BioVal+. Una ventaja de usar cultivos celulares es que los
extractos presentan una gran homogeneidad y se obtienen en condiciones de asepsia, libres de microrganismos y de agentes patógenos. Además, no compiten con los cultivos por el espacio o los recursos.

4. Aprovechamiento de subproductos (economía circular). La industria agroalimentaria produce toneladas de residuos y subproductos vegetales que no se aprovechan. BioVal+ ensayará el efecto de S6-057 en hojas de plantas cultivadas por sus frutos (tomate) o tubérculos (patata) y que por tanto no se aprovechan. De obtener resultados positivos, dichos subproductos pasarían a estar enriquecidos en compuestos de alto valor añadido, favoreciendo su posible comercialización y contribuyendo por tanto a una agricultura más sostenible y una economía circular.

5. Avance en el conocimiento. BioVal+ aportará información clave para entender procesos básicos que después podrá ser aprovechada para nuevas aplicaciones. Por una parte, contribuirá a entender mejor cómo los plastos readaptan su metabolismo y ultrastructura para producir y secuestrar altos niveles de lípidos como los tocoferoles. Desvelar el mecanismo molecular y los factores implicados en la acción de S6-057 aportará también información sobre genes cuya manipulación podría contribuir a la biofortificación de cultivos. Por otra parte, la información obtenida también nos permitirá desarrollar un modelo estructura-actividad para definir las regiones más importantes de S6-057 y moléculas análogas con la finalidad de poder mejorar sus propiedades como bioestimulantes.

¿Qué desafíos ha encontrado en la implementación de sus resultados en el sector agroalimentario?

Aún no estamos en esa fase.

¿Qué impactos sociales y económicos cree que puede tener la implementación de sus resultados en el sector agroalimentario?

Los principales impactos de BioVal+ en el sector agroalimentario serían:

• En la agricultura: aumentando la resistencia al estrés hídrico y, a la vez, la calidad nutricional de los alimentos (biofortificación) y/o el valor añadido de los productos de desecho no recolectados como fuente de metabolitos bioactivos de alto valor añadido (ej. tocoferoles para preparados antienvejecimiento o antioxidantes).

• En la alimentación: optimizando una herramienta sencilla para la biofortificación de productos vegetales durante su desarrollo en la planta o bien una vez recolectados, contribuyendo así a los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) de las Naciones Unidas (el ODS2 tiene la ambición de «terminar con el hambre, lograr la seguridad alimentaria y la mejora de la nutrición, y promover la agricultura sostenible», pero al menos 12 de los 17 ODS contienen indicadores que requieren mejoras en nutrición).

• En la industria: desarrollando nuevos bioestimulantes y promotores de la acumulación de metabolitos de interés para la industria agroalimentaria como ingredientes, suplementos o nutraceúticos (creando nuevas oportunidades de negocio para los mercados de agroquímicos) y enriqueciendo productos vegetales y cultivos celulares en compuestos bioactivos (biofactorías) para empresas farmaceúticas interesadas en ingredientes de origen natural (no sintéticos) y de cosmética que obtienen la certificación COSMOS (cosméticos orgánicos o naturales).

• En la ciencia: incorporando talento y abordando de forma cooperativa retos en la investigación en agroalimentación mediante la colaboración entre grupos de la Comunidad Valenciana y la Región de Murcia. De esta forma se espera avanzar en una investigación interdisciplinar de excelencia en agroalimentación como base sólida para posteriormente liderar proyectos colaborativos más ambiciosos dentro del programa Horizonte Europa de la UE. El impacto científico técnico se maximizará siguiendo la política de la UE de acceso abierto para las publicaciones (EUR 28661 EN), lo que hará los resultados más accesibles para los sectores público y privado.

• En la transferencia: colaborando con empresas (ej. GalChimia) para la valorización de los resultados en coordinación con las oficinas de transferencia de las instituciones públicas implicadas en el proyecto para la llegada al mercado de soluciones desarrolladas en BioVal+. Aunque el desarrollo tecnológico en el marco temporal del proyecto se llevaría a cabo desde TRL4 (validación de S6-057 y análogos en laboratorio) a TRL7 (pruebas en invernadero y bioreactores experimentales), con una versión mejorada con opciones de producirse a gran escala y comercializarse se podría llegar hasta TRL8 en poco tiempo.

• En la innovación: llevando los descubrimientos del laboratorio a aplicaciones prácticas para la sociedad con un componente tecnológico que promueve la bioeconomía y responde a desafíos como el cambio climático y la seguridad alimentaria.

¿Qué recomendaciones tiene para otros investigadores o actores del sector agroalimentario en cuanto a la implementación de sus resultados?

Por ahora ninguna, habrá que esperar a los resultados.