célula madre vegetal

Las células madre vegetales son células intrínsecamente indiferenciadas ubicadas en los meristemos de las plantas . ^{[ 1 ]} Las células madre vegetales sirven como origen de la vitalidad de la planta, ya que se mantienen a sí mismas mientras proporcionan un suministro constante de células precursoras para formar tejidos y órganos diferenciados en las plantas. ^{[ 2 ]} Se reconocen dos áreas distintas de células madre: el meristemo apical y el meristemo lateral.

Las células madre vegetales se caracterizan por dos propiedades distintivas: la capacidad de crear todos los tipos de células diferenciadas y la capacidad de autorrenovarse, manteniendo así el número de células madre. ^{[ 3 ]} Las células madre vegetales nunca envejecen , sino que dan origen de forma inmortal a nuevas células especializadas y no especializadas, y tienen el potencial de convertirse en cualquier órgano, tejido o célula del cuerpo. ^{[ 2 ]} Por lo tanto, son células totipotentes dotadas de poderes regenerativos que facilitan el crecimiento de las plantas y la producción de nuevos órganos a lo largo de la vida. ^{[ 1 ]}

A diferencia de los animales, las plantas son inmóviles. Como no pueden escapar del peligro moviéndose, necesitan un mecanismo especial para resistir el estrés ambiental , a veces imprevisto . En este sentido, lo que les permite resistir la influencia externa adversa y preservar la vida son las células madre. De hecho, las plantas constituyen los organismos vivos más antiguos y grandes de la Tierra, incluyendo los pinos bristlecone de California , EE. UU. (4842 años de antigüedad) y la secuoya gigante de las regiones montañosas de California, EE. UU. (87 metros de altura y 2000 toneladas de peso). ^{[ 4 ]} Esto es posible gracias a su plan corporal modular, que les permite sobrevivir a daños sustanciales mediante la formación continua y repetitiva de nuevas estructuras y órganos, como hojas y flores . ^{[ 1 ]}

Las células madre vegetales también se caracterizan por su ubicación en estructuras especializadas llamadas tejidos meristemáticos, que se encuentran en el meristemo apical de la raíz (RAM), el meristemo apical del tallo (SAM) y el sistema vascular ( (pro)cambium o meristemo vascular). ^{[ 5 ]}

Tradicionalmente, se creía que las células madre vegetales solo existían en el meristemo apical del tallo (SAM) y el meristemo apical del tallo (RAM), y los estudios se basaban en esta suposición. Sin embargo, estudios recientes han indicado que el (pro)cámbium también sirve como nicho para las células madre vegetales: "Las células del procámbium cumplen los criterios para ser consideradas células madre, ya que tienen la capacidad de autorrenovación a largo plazo y de diferenciarse en uno o más tipos celulares especializados". ^{[ 6 ]}

El cambium es un tipo de meristemo con paredes delgadas que existen en poblaciones minúsculas dentro de la planta. Debido a esta característica estructural, al aplicarle fuerza física, se daña fácilmente durante el proceso de aislamiento, perdiendo sus características de célula madre. A pesar de 160 años de esfuerzos biológicos para aislar y recuperar células madre vegetales, ninguno lo ha logrado debido a las características estructurales distintivas de estas células: "[e]l cambium consta de unas pocas capas de células estrechas, alargadas y de paredes delgadas, que se dañan fácilmente durante la toma de muestras". Esta característica altamente vulnerable ha dificultado los estudios sobre la estructura y ultraestructura del cambium con métodos convencionales. Por lo tanto, la imposibilidad de aislar células madre vegetales de los tejidos meristemáticos impulsó a los científicos a utilizar el cultivo de células vegetales mediante callos (células desdiferenciadas) como alternativa a las células madre vegetales.

Los callos , o células desdiferenciadas, son células somáticas que experimentan desdiferenciación para dar lugar a células embriogénicas totipotentes, las cuales adquieren temporalmente la capacidad de proliferar y/o regenerar un embrión . Dado que las células embriogénicas se consideraban totipotentes por su capacidad de regenerarse o desarrollarse en un embrión bajo ciertas condiciones, las células desdiferenciadas se consideraban generalmente células madre vegetales: «…proponemos extender el concepto de células madre para incluir las células madre embriogénicas que surgen de células somáticas vegetales. Examinamos las similitudes y diferencias celulares, fisiológicas y moleculares entre las células madre meristemáticas vegetales y las células madre embriogénicas que se originan directamente de células somáticas individuales».

A pesar de que el callo exhibe temporalmente propiedades similares a las de las células madre y se ha cultivado para obtener compuestos vegetales útiles como fuente alternativa de células madre vegetales, el callo y las células madre vegetales son fundamentalmente diferentes. El callo se asemeja a las células madre vegetales en su capacidad de diferenciación, pero difieren en su origen. Mientras que las células madre vegetales se encuentran en los tejidos meristemáticos de la planta, el callo se obtiene como respuesta temporal para curar heridas en las células somáticas.

Además, el callo sufre desdiferenciación a medida que las células diferenciadas adquieren la capacidad de diferenciarse; sin embargo, la variación genética es inevitable en este proceso, ya que las células consisten en células somáticas indiferenciadas de una planta adulta. A diferencia de las células madre verdaderas, el callo es heterogéneo . Por esta razón, la división celular continua y estable del callo es difícil. De ahí que una célula madre vegetal originada en el cambium sea una célula inmortal, mientras que la del callo es una célula temporalmente desdiferenciada obtenida mediante la estimulación de la célula somática.

Además, la capacidad de diferenciación y proliferación es distinta, y las diferencias entre las células madre vegetales y los callos son frecuentes en cultivos e investigaciones. Solo las células madre vegetales incrustadas en meristemos pueden dividirse y dar lugar a células que se diferencian y generan nuevas células madre. Estas células inmortales se dividen indefinidamente.

Las células vegetales se cultivan para obtener compuestos útiles para las plantas. Sin embargo , los cultivos celulares suelen verse obstaculizados por diversos factores, especialmente si se prolongan. No obstante, la gran vitalidad y las características estructurales de las células madre vegetales superan las desventajas previas del cultivo celular vegetal. Por lo tanto, el cultivo de células madre vegetales es el método más ideal y productivo para el cultivo celular y la producción de fitoquímicos, ya que las células se cultivan masivamente con éxito manteniendo su calidad.

Numerosos medicamentos , perfumes , pigmentos , antimicrobianos e insecticidas se derivan de productos naturales de las plantas. Las células meristemáticas ambiales cultivadas ( CMC ) pueden proporcionar una fuente rentable, ecológica y sostenible de importantes productos naturales, incluido el paclitaxel . A diferencia del cultivo de plantas, este método no está sujeto a la imprevisibilidad causada por la variación de las condiciones climáticas o la inestabilidad política en ciertas partes del mundo. Además, las CMC de especies de referencia también pueden constituir una importante herramienta biológica para explorar la función de las células madre vegetales.

En 2010, investigadores del Instituto de Células Madre Vegetales (anteriormente Instituto de Ciencia y Tecnología de Unhwa) presentaron sus datos al mundo a través de Nature Biotechnology. Su investigación demostró el primer aislamiento mundial de células meristemáticas cambiales. Debido a los valiosos y beneficiosos compuestos para la salud humana (como el paclitaxel) que secretan las CMC, esta tecnología se considera un importante avance en la biotecnología vegetal. ^{[ 7 ]}

• Callo (biología celular)
• Célula madre