Las células madre vegetales son células innatamente indiferenciadas ubicadas en los meristemos de las plantas . [1] Las células madre vegetales sirven como origen de la vitalidad de las plantas, 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] [ verificación fallida ] 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, que son: la capacidad de crear todos los tipos de células diferenciadas y la capacidad de auto-renovarse de manera que se mantenga el número de células madre. [3] Las células madre vegetales nunca experimentan un proceso de envejecimiento, sino que dan lugar 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] [ verificación fallida ] 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] [ verificación fallida ]
A diferencia de los animales, las plantas son inmóviles. Como no pueden escapar del peligro mediante el movimiento, necesitan un mecanismo especial para soportar diversas y a veces imprevistas tensiones ambientales . En este caso, lo que les permite soportar duras influencias externas y preservar la vida son las células madre. De hecho, las plantas comprenden los organismos vivos más antiguos y más grandes de la Tierra, incluidos los pinos Bristlecone en California , EE. UU. (4.842 años) y la sequoia gigante en las regiones montañosas de California, EE. UU. (87 metros de altura y 2.000 toneladas de peso). [4] Esto es posible porque tienen un plan corporal modular que les permite sobrevivir a daños sustanciales iniciando 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 brote (SAM) y el sistema vascular ( (pro)cambium o meristemo vascular). [5]
Tradicionalmente, se pensaba que las células madre vegetales solo existían en SAM y RAM y se realizaron estudios basados en esta suposición. Sin embargo, estudios recientes han indicado que el (pro)cambium también sirve como nicho para las células madre vegetales: "Las células del procambium cumplen los criterios para ser células madre, ya que tienen la capacidad de autorrenovarse a largo plazo y de diferenciarse en uno o más tipos de células especializadas". [6] [ verificación fallida ]
El cambium es un tipo de meristemo con paredes delgadas que existe en pequeñas poblaciones dentro de una planta. Debido a esta característica estructural, una vez que se le aplica fuerza física, se daña fácilmente en el mismo proceso de aislamiento, perdiendo sus características de célula madre. A pesar de 160 años de esfuerzo biológico para aislar y recuperar células madre vegetales, nadie tuvo éxito en el aislamiento debido a las características estructurales distintivas de las células madre vegetales: "[e]l cambium consiste en unas pocas capas de células estrechas, alargadas y de paredes delgadas, que se dañan fácilmente durante el muestreo". Esta característica altamente vulnerable ha hecho que los estudios sobre la estructura y ultraestructura del cambium sean difíciles de lograr con los métodos convencionales. Por lo tanto, el fracaso en aislar células madre vegetales de tejidos meristemáticos impulsó a los científicos a administrar cultivos de células vegetales utilizando callos (células desdiferenciadas) como una alternativa a las células madre vegetales.
Los callos o células desdiferenciadas son células somáticas que sufren una desdiferenciación para dar lugar a células embrionarias totipotentes , que adquieren temporalmente la capacidad de proliferar y/o regenerar un embrión . Dado que las células embrionarias se consideraban células totipotentes en función de su capacidad de regenerarse o convertirse en un embrión en determinadas condiciones, las células desdiferenciadas se consideraban generalmente células madre de plantas: "...proponemos ampliar el concepto de células madre para incluir células madre embrionarias que surgen de células somáticas de plantas. Examinamos las similitudes y diferencias celulares, fisiológicas y moleculares entre las células madre meristemáticas de plantas y las células madre embrionarias que se originan directamente de células somáticas individuales".
A pesar de que el callo exhibe una serie de propiedades similares a las de las células madre durante un período temporal y de que 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 entre sí. El callo es similar a las células madre vegetales en su capacidad de diferenciarse, pero los dos son diferentes en su origen. Mientras que las células madre vegetales existen en los tejidos meristemáticos de las plantas, el callo se obtiene como una respuesta temporal para curar heridas en las células somáticas.
Además, el callo sufre una desdiferenciación a medida que las células diferenciadas adquieren la capacidad de diferenciarse; pero la variación genética es inevitable en el proceso porque 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. Por lo tanto, una célula madre vegetal originada a partir del cambium es una célula inmortal, mientras que la del callo es una célula temporalmente desdiferenciada obtenida a partir de la estimulación de la célula somática.
Además, la capacidad de diferenciación y proliferación es diferente, por lo que las diferencias entre las células madre vegetales y los callos son frecuentes en los cultivos y en la investigación. Solo las células madre vegetales incrustadas en los meristemos pueden dividirse y dar lugar a células que se diferencian a su vez, dando lugar a nuevas células madre. Estas células inmortales se dividen infinitamente.
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 el cultivo celular se prolonga durante mucho tiempo. Sin embargo, la fuerte vitalidad y las características estructurales de las células madre vegetales superan los inconvenientes anteriores del cultivo de células vegetales. Por lo tanto, el cultivo de células madre vegetales es el método más ideal y productivo de cultivo celular y producción fitoquímica, ya que las células se cultivan en masa con éxito manteniendo la calidad.
Numerosos medicamentos , perfumes , pigmentos , antimicrobianos e insecticidas se derivan de productos naturales de plantas. Las células meristemáticas de la cámbrica (CMC) cultivadas pueden proporcionar una fuente rentable, respetuosa con el medio ambiente y sostenible de productos naturales importantes, incluido el paclitaxel . A diferencia del cultivo de plantas, este enfoque 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 las especies de referencia también pueden proporcionar una herramienta biológica importante para explorar la función de las células madre de las plantas.
En 2010, investigadores del Plant Stem Cell Institute (anteriormente Unhwa Institute of Science and Technology) presentaron sus datos al mundo a través de Nature Biotechnology. Su investigación demostró el primer aislamiento de células meristemáticas cambiales del mundo. Debido a los compuestos valiosos y beneficiosos para la salud humana (es decir, el paclitaxel) que secretan las CMC, esta tecnología se considera un gran avance en la biotecnología vegetal. [7] [ se necesita una fuente no primaria ]