La investigación sobre cómo estudiamos las células vegetales está experimentando una transformación significativa gracias a un nuevo avance desarrollado por Kevin Cox, profesor asistente de biología en la Universidad de Washington en St. Louis. En un estudio publicado en The Plant Journal, Cox y su equipo presentan ExPOSE (Expansión de Microscopia en Sistemas de Protoplastos Vegetales), una técnica que aplica la microscopia de expansión a las plantas.
Las técnicas de imagen tradicionales suelen presentar compromisos. Como explica Cox, «contamos con microscopios de bajo coste que son fáciles de usar, pero que no ofrecen mucha profundidad y resolución. Por otro lado, los microscopios de alta gama proporcionan una excelente resolución y datos, pero su procesamiento es complejo y costoso».
La microscopia de expansión (ExM) aborda estas limitaciones. En lugar de depender de lentes para acercar la imagen, ExM aumenta físicamente los tejidos biológicos al introducirlos en un hidrogel, un polímero que absorbe agua y puede expandirse sin perder su forma. Este material, similar al que se utiliza en productos como los pañales, permite que las estructuras celulares se amplíen, facilitando la visualización de detalles minúsculos bajo un microscopio estándar. Así, en lugar de obtener una imagen ampliada donde los elementos pueden aparecer distorsionados, el tamaño físico de las células aumenta, similar a una esponja que se sumerge en agua. Además, esta técnica es accesible y de bajo coste.
Si bien la ExM ha sido ampliamente utilizada en investigaciones sobre animales, su aplicación en plantas ha presentado desafíos, dado que las células vegetales poseen paredes celulares rígidas compuestas de celulosa, lo que dificulta una expansión uniforme.
Para superar este obstáculo, Cox y su equipo utilizaron protoplastos, células vegetales a las que se les ha eliminado la pared celular. Esto les permitió adaptar con éxito la ExM para la investigación vegetal, resultando en ExPOSE, un método que proporciona vistas de alta resolución y detalladas de las células vegetales.
Un nuevo y poderoso recurso para la biología vegetal
Con ExPOSE, los investigadores ahora pueden visualizar las estructuras celulares de las plantas con mayor resolución, lo que les permite estudiar la ubicación precisa de proteínas, ARN y otras biomoléculas. Esto es fundamental para el trabajo de Cox, centrado en la comunicación celular y la respuesta a estímulos. «Nos brinda una mejor comprensión de dónde se encuentran estos genes y proteínas, cómo funcionan y cómo pueden influir en la respuesta celular», señala.
Sin embargo, ExPOSE es solo una parte de la imagen de la microscopía celular y la recolección de datos. Cox plantea la cuestión de «qué otros métodos podríamos combinar con esto para convertirlo en un verdadero conjunto de herramientas». Al utilizar ExPOSE junto con técnicas como la reacción en cadena de hibridación, conocida como HCR, y la inmunofluorescencia, su equipo logró observar tanto proteínas como ARN con un detalle aún mayor.
Aunque ExPOSE se usa actualmente para estudiar células individuales, Cox imagina un futuro más amplio para la microscopía de expansión en plantas. «Estamos intentando entender la información espacial a nivel celular y, colectivamente, a gran escala», explica. Esto implica utilizar ExPOSE para examinar órganos, hojas, raíces y, eventualmente, plantas enteras, donde los investigadores podrán investigar cómo se comunican entre sí estas células.
En el centro de la investigación de Cox se encuentra un organismo modelo poco convencional: el lechuguín. Esta pequeña planta acuática de crecimiento rápido es ideal para estudiar la comunicación celular y la expresión génica. «Debido a que el lechuguín es tan pequeño, nos ofrece un modelo para entender qué está haciendo cada célula en un momento dado», afirma. Esto es particularmente útil al estudiar cómo las células vegetales responden a estrés, como infecciones o cambios ambientales.
El objetivo final de esta investigación es aplicar este conocimiento a los cultivos. Al comprender cómo se comunican las células vegetales y defienden contra las amenazas, los investigadores podrían desarrollar cultivos más resistentes, de mayor rendimiento y que crezcan más rápido, lo que contribuiría a mejorar la seguridad alimentaria y la sostenibilidad.
