Ciencia para cultivar el futuro desde la Javeriana Cali: pinzas moleculares que detectan sacarosa en plantas

Mediante diseño asistido por computador, fue posible desarrollar unas moléculas que pueden detectar la sacarosa directamente en las plantas, eliminando la necesidad de cortar sus hojas y alterar su crecimiento. Gustavo Adolfo Lara, estudiante del Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Pontificia Universidad Javeriana Cali, junto con su director de tesis, el profesor Andrés Jaramillo, actual director científico e investigador del Instituto iÓmicas; diseñaron unas moléculas tipo "pinzas" (tweezer-like), capaces de medir la sacarosa con alta precisión, diferenciándola de otros azúcares como la glucosa o la fructosa. 

 

En el contexto agrícola nacional e internacional, explica Lara, uno de los grandes desafíos ha sido entender cómo las plantas emplean la sacarosa para responder al estrés ambiental, como la falta de agua, inundaciones, ataque de plagas, etc. Lo que requiere medidas en tiempo real de la sacarosa, sin recurrir a métodos invasivos. 

“Las plantas usan la sacarosa para generar energía, crecer, transportar nutrientes e incluso para comunicarse internamente. Saber cuánta sacarosa tiene, nos da pistas de su salud: si está estresada, si va a florecer, si tiene suficiente agua”. 

 

Sin embargo, hasta ahora, no existe una forma de medir sacarosa directamente en la planta sin alterar sus procesos bioquímicos. La metodología desarrollada por Gustavo ofrece una solución para, por ejemplo, desarrollar un sensor químico de ultra precisión, que pueda detectar sacarosa sin cortar hojas ni extraer tejidos. Lograr una tecnología con estas características representa un avance crucial para la agricultura, permitiendo tomar decisiones informadas en tiempo real, así como para el mejoramiento genético de las mismas, permitiendo identificar los especímenes con mayor resistencia a los estreses. 

“Usar simulación computacional para este diseño de bajo peso molecular, que detecten sacarosa, nos permite desarrollar moléculas con alta posibilidad para ser sintetizadas en el laboratorio, reduciendo el tiempo y los costos asociados con el desarrollo de este tipo de moléculas. De esta forma, podemos lograr una tecnología para detectar y cuantificar sacarosa con alta especificidad sin necesidad de procesamiento de muestra”, afirma Lara. 

Frente a este desafío, considerado un problema abierto en la comunidad científica mundial, que trabaja por encontrar soluciones en pro de la sostenibilidad del agro y la seguridad alimentaria, el Instituto de Investigación en Ciencias, Ómicas, abrió una convocatoria para incorporar a un químico con formación sólida y visión interdisciplinar que quisiera asumir este reto.  

Es así como Gustavo fue seleccionado para liderar el proyecto como parte de su doctorado, contando con el respaldo académico, técnico y financiero del instituto.

“Ómicas y la Javeriana Cali me ofrecieron el espacio para integrar computación, modelado fisicoquímico con una aplicación directa en agricultura. Además, en este laboratorio pude trabajar con tecnología de punta única en el país”, asegura.  

El resultado de esta tesis doctoral evidencia la rigurosidad académica y el liderazgo nacional en biotecnología y agricultura inteligente que caracterizan al Instituto iÓmicas y al Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Pontificia Universidad Javeriana Cali. Según explica Lara, esta tecnología podría transformar la forma en que se monitorean los cultivos en tiempo real. 
 

🔗 Consulta aquí la tesis completa publicada en MDPI Sensors
 

Para entender la importancia de medir sacarosa en tiempo real, se puede recurrir a la analogía con un termómetro: una herramienta que permite detectar cambios y alertar sobre enfermedades en el cuerpo humano. “Estas moléculas tipo “pinzas” pueden ayudarnos a evitar grandes pérdidas en el campo”, asegura Lara, ya que permite identificar a tiempo si un cultivo está en riesgo, si atraviesa una condición de estrés o si, por el contrario, está saludable y listo para la cosecha.  

“En el futuro cercano esperamos extender esta metodología al diseño de sensores para la detección selectiva de otros carbohidratos de interés en las plantas, como la trehalosa, o detectar otros azucares importantes para la salud humana como la glucosa, ribosa, entre otros, empleando matrices no invasivas como orina o saliva”, concluye el investigador.