Un equipo japonés convierte a insectos en “fábricas vivientes” capaces de sintetizar complejas nanomoléculas de carbono con propiedades únicas. La clave: aprovechar el poder de sus enzimas digestivas. El hallazgo podría marcar el inicio de una nueva era en la producción de medicamentos y materiales avanzados.
En un laboratorio del Instituto RIKEN en Japón, la química molecular ha dado un giro inesperado. Lejos de los tubos de ensayo y los complejos reactores, los científicos han encontrado un aliado poco probable: la oruga del tabaco, un insecto comúnmente considerado una plaga en la agricultura. Bajo la dirección del químico Kenichiro Itami, un grupo de investigadores ha desarrollado un método innovador llamado “in-insect-synthese”, una técnica que convierte a insectos vivos en pequeñas fábricas capaces de transformar compuestos orgánicos en nuevas moléculas con propiedades extraordinarias. Entre ellas, una que literalmente brilla en la oscuridad.
Este enfoque pionero tiene el potencial de transformar por completo la forma en que diseñamos y producimos nanomateriales, y plantea una fascinante intersección entre la biología sintética y la química orgánica. Tal como lo expresa Itami, “estos insectos, tradicionalmente considerados una amenaza para los cultivos, podrían convertirse en protagonistas inesperados de una nueva revolución química”.
Nanociencia: el poder oculto de los átomos de carbono
Las nanomoléculas de carbono han fascinado durante décadas a científicos e ingenieros. Se trata de estructuras formadas únicamente por átomos de carbono, organizados de forma precisa para generar materiales extremadamente resistentes, conductores de electricidad e incluso luminiscentes. Estas propiedades las convierten en candidatas ideales para su uso en dispositivos electrónicos avanzados, materiales ultraligeros para la industria aeroespacial, sensores moleculares y baterías de nueva generación.
Sin embargo, una de las mayores barreras en la utilización práctica de estas nanomoléculas radica en su complejidad estructural. Fabricarlas de forma controlada es comparable a construir un castillo de naipes en medio de una tormenta: basta un pequeño error en el ensamblaje para que toda la arquitectura colapse. La síntesis tradicional en laboratorio, aunque sofisticada, no siempre logra los niveles de precisión y rendimiento deseados.
Frente a este desafío, el equipo de Itami se preguntó: ¿y si dejáramos que la naturaleza hiciera el trabajo por nosotros?
Enzimas digestivas como catalizadores moleculares
La propuesta, por audaz que parezca, parte de una lógica sólida. Muchos insectos herbívoros, como la oruga del tabaco (Manduca sexta), han desarrollado a lo largo de millones de años un sistema digestivo especializado para procesar compuestos vegetales altamente complejos, incluyendo toxinas y pesticidas. Esta capacidad se debe a enzimas sofisticadas que realizan transformaciones químicas imposibles (o extremadamente difíciles) de replicar en un entorno artificial.
Durante una sesión de lluvia de ideas, el grupo de investigación del RIKEN Pioneering Research Cluster se planteó una pregunta provocadora: ¿qué pasaría si alimentamos a estos insectos con nanomoléculas diseñadas en el laboratorio? ¿Podría su sistema digestivo modificarlas y producir variantes nuevas e inesperadas?
La prueba de concepto no tardó en llegar. Los investigadores introdujeron en la dieta de las orugas un tipo específico de nanocarbón: una molécula en forma de cinturón conocida como [6]MCPP. Tras dos días de digestión, las orugas expulsaron un producto completamente nuevo, al que los investigadores denominaron [6]MCPP-oxileno.
La sorprendente aparición de una molécula luminosa
El hallazgo fue tan inesperado como asombroso. El nuevo compuesto difería del original por la incorporación de un único átomo de oxígeno. Pero ese cambio mínimo tuvo un impacto significativo: el [6]MCPP-oxileno emitía fluorescencia, es decir, era capaz de brillar en la oscuridad al ser excitado por luz ultravioleta.
Para confirmar la estructura del nuevo compuesto, el equipo empleó diversas técnicas de análisis avanzado, como espectrometría de masas, resonancia magnética nuclear (RMN) y cristalografía de rayos X. Gracias a estos métodos, se pudo verificar con precisión la configuración atómica del [6]MCPP-oxileno.
El siguiente paso fue identificar qué enzimas estaban detrás de esta transformación química tan específica. Los análisis apuntaron a dos proteínas clave: CYP X2 y CYP X3. Ambas pertenecen a la familia de las enzimas citocromo P450, ampliamente conocidas por su papel en la metabolización de fármacos y compuestos tóxicos. Sin embargo, lo que sorprendió al equipo fue la capacidad de estas enzimas para actuar de forma conjunta y añadir oxígeno simultáneamente a dos moléculas de [6]MCPP, algo que nunca antes se había documentado.
Cuando el laboratorio no puede competir con la biología
El intento de replicar esta reacción fuera del cuerpo del insecto resultó frustrante. “Probamos múltiples condiciones en laboratorio, con distintos catalizadores y temperaturas, pero la producción del compuesto fluorescente era insignificante o inexistente”, explican los autores del estudio. Este fracaso subraya el poder de las enzimas naturales como herramientas de síntesis química que aún no comprendemos del todo.
El hecho de que estas enzimas puedan llevar a cabo reacciones químicas de alta precisión en condiciones suaves (sin altas presiones ni temperaturas extremas) demuestra la eficiencia evolutiva de los sistemas biológicos y abre una ventana a su aprovechamiento en la química moderna.
La investigación, publicada en la revista Science, forma parte de una línea creciente de estudios que buscan integrar organismos vivos o partes de ellos (como enzimas o bacterias) en procesos de fabricación molecular.
Una nueva frontera: la síntesis química en organismos vivos
El enfoque de in-insect-synthese encaja dentro de una tendencia emergente que mezcla la química tradicional con herramientas de la biotecnología. Desde la ingeniería genética hasta la evolución dirigida, cada vez más científicos están explorando la posibilidad de modificar organismos para producir moléculas con funciones específicas.
Según el equipo de Itami, la manipulación genética podría optimizar aún más las enzimas de insectos como la oruga del tabaco, haciéndolas capaces de procesar un espectro más amplio de compuestos o incluso de generar productos totalmente nuevos. En este contexto, los insectos no serían solo herramientas pasivas, sino plataformas activas de producción molecular.
Los investigadores imaginan un futuro en el que, en lugar de sintetizar compuestos químicos en reactores metálicos, podríamos alimentar a insectos especialmente modificados para fabricar antibióticos, materiales fluorescentes o moléculas terapéuticas. “Este método no solo es más eficiente, también podría ser más sostenible desde el punto de vista energético y ambiental”, subraya Itami.
De plaga agrícola a héroe de laboratorio
El hecho de que la protagonista de este avance sea precisamente una de las plagas agrícolas más temidas le otorga al hallazgo un valor simbólico adicional. La oruga del tabaco es conocida por su voracidad y su resistencia a pesticidas, lo que la convierte en una amenaza persistente para los agricultores. Sin embargo, en este nuevo contexto, su papel se transforma radicalmente.
“Normalmente estos insectos son vistos como los villanos de la agricultura”, reconoce Kenichiro Itami. “Pero en nuestro proyecto, han demostrado ser lo contrario: héroes inesperados en el mundo de la química”.
Este cambio de paradigma invita a replantear nuestra relación con los organismos considerados “nocivos”. En lugar de erradicarlos, podríamos buscar formas de integrarlos en procesos tecnológicos útiles para la humanidad, aprovechando las capacidades únicas que les ha otorgado la evolución.
Implicaciones para la medicina y la industria
Las posibles aplicaciones de esta técnica son amplias. En medicina, por ejemplo, podría facilitar la producción de medicamentos complejos cuya síntesis actual es costosa y requiere múltiples pasos. En el campo de los materiales, se podrían crear nuevos polímeros o estructuras electrónicas basadas en nanocarbones con funciones específicas, como sensores de alta sensibilidad o componentes ópticos avanzados.
Además, al tratarse de un sistema vivo, los insectos podrían ser utilizados en condiciones que eviten el uso de productos químicos agresivos o contaminantes. Esto abriría el camino a procesos más respetuosos con el medio ambiente, alineados con los principios de la química verde.
El descubrimiento también plantea nuevas preguntas sobre la ética y la regulación del uso de organismos vivos modificados con fines industriales. Si bien los insectos como la oruga del tabaco no suelen suscitar el mismo nivel de preocupación que, por ejemplo, mamíferos, su uso masivo en laboratorios o fábricas moleculares requerirá marcos legales claros y protocolos de bioseguridad adecuados.
Fuente: Usami, A., Kono, H., Austen, V., Phung, Q. M., Shudo, H., Kato, T., Yamada, H., Yagi, A., Amaike, K., Fujimoto, K. J., Yanai, T., & Itami, K. (2025). In-insect synthesis of oxygen-doped molecular nanocarbons. Science, 388(6654), 1055–1061. https://doi.org/10.1126/science.adp9384
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