La química de las plantas y sus usos

Juan Luis Monribot Villanueva¹, Alma Rosa Altúzar Molina², Martín Aluja², José Antonio Guerrero Analco¹

Artículo publicado en el Portal Comunicación Veracruzana el día 10 de febrero 2022

La fitoquímica estudia la composición química de las plantas, permitiendo el descubrimiento e identificación de compuestos con potencial para el tratamiento de enfermedades en humanos y control de plagas agrícolas, entre otras aplicaciones.

Palabras clave: fitoquímica, metabolitos, enfermedades, plagas agrícolas, química de productonaturales-INECOL.

Alguna vez te has preguntado: ¿las plantas producen compuestos químicos y para qué lo harían? ¿cómo se estudian químicamente las plantas? y ¿por qué es importante estudiar la química de las plantas? A continuación, responderemos estas y otras preguntas (Figura 1). Resulta que las plantas, al igual que todos los organismos vivos (bacterias, hongos y animales), producen compuestos químicos, también llamados metabolitos, que son necesarios para que puedan completar su ciclo de vida al igual que nosotros los humanos. Las plantas son capaces de producir miles de compuestos químicos distintos y almacenar muchos de estos para operar muchas funciones (Figura 2).  Algunos los necesitan en todo momento para vivir, por ejemplo, los productos de la fotosíntesis, en donde aprovechando la luz del sol, la planta produce compuestos químicos que posteriormente utiliza como fuente de energía. También las plantas producen compuestos químicos en etapas específicas del desarrollo, como los “reguladores”, algunos de los cuales son los encargados de promover el crecimiento de las raíces, tallos, y hojas, permitiendo alcanzar la altura, longitud y el grosor que nosotros observamos. Otros compuestos químicos tienen funciones más especializadas y únicamente son producidos en ciertos momentos. Por ejemplo, durante la floración y fructificación, las plantas producen una serie de metabolitos que le sirven para atraer otros organismos, generalmente insectos o animales (p. ej., murciélagos, pájaros) que contribuyen con la polinización y la dispersión de semillas. Otro ejemplo sumamente interesante de estos fitoquímicos especializados, son aquellos que las plantas producen para defenderse de otros organismos, por ejemplo, los herbívoros, destacando los insectos que son uno de los organismos vivos más abundantes en nuestro planeta junto a las bacterias. Las plantas al ser organismos que no pueden moverse cuentan con mecanismos de defensa, los cuales pueden ser de naturaleza física como las espinas o de naturaleza química como loscompuestos tóxicos que nos causan picazón en la piel al contacto, algún malestar cuando son ingeridas o enferman/matan a los insectos cuando muerden y consumen hojas, tallos o frutos. Además, las plantas pueden producir compuestos volátiles (aquellos que vuelan en el aire: aromas) que atraen a enemigos naturales de los insectos herbívoros que las atacan para que estos las defiendan.

Habiéndote ya explicado que las plantas producen compuestos químicos con múltiples utilidades para su supervivencia, la siguiente pregunta es: ¿Cómo se estudian estos fitoquímicos? En realidad, existen muchas maneras para estudiar la composición química de las plantas. La fitoquímica, es la rama de la química encargada del estudio de los compuestos químicos producidos por las plantas. Pero, para hacer estudios fitoquímicos, primero es necesario saber seleccionar la planta de interés. En el laboratorio de Química de Productos Naturales del Instituto de Ecología A.C., dentro del Clúster Científico y Tecnológico BioMimic^®, hemos utilizado diversos criterios de selección de las plantas que estudiamos científicamente. 

El primero, es el etnobotánico (Figura 3), en el cual se considera el conocimiento tradicional que los humanos tenemos de las plantas y que se ha heredado entre generaciones. Este criterio es de los más utilizados, dado el amplio conocimiento de la herbolaria medicinal en México. Utilizando este criterio hemos realizado estudios para la identificación de compuestos importantes en la Hierba del Burro (Hyptis suaveolens) [1], Táscate (Juniperus deppeana) [2], Crucetillo (Randia monantha) [3], entre muchas otras. Esto nos permitirá descubrir sustancias útiles para fortalecer la salud humana y para producir medicamentos que curen enfermedades como te explicamos en lo que sigue.

Por otro lado, también utilizamos el criterio ecológico cuando estudiamos los compuestos que participan en las interacciones que las plantas tienen con otros organismos (plantas, insectos, microbios, etc.). Bajo este criterio, nos dimos a la tarea de investigar cuáles son los compuestos químicos que hacen que una especie de “Hormiga Arriera” (Atta mexicana) acepte o rechace plantas que colecta para sus cultivos de hongos de los que se alimenta (es la hormiga que hace largas caravanas acarreando pedazos de hojas de por ejemplo naranjos que pueden dejar pelones en una sola noche) [4]. También estudiamos como una especie de “Mosca de la Fruta” (Anastrepha acris) logra desarrollarse en un fruto (Hippomane mancinella conocido como “Árbol o Manzanilla de la Muerte”) descrito como uno de los más tóxicos para el ser humano a nivel mundial [5]. Estamos realizando también estudios comparativos en el perfil de compuestos químicos de distintos cultivares de frutos que son diferencialmente susceptibles al ataque de Moscas de la Fruta para poder controlar mejor esta plaga agrícola. 

Finalmente, el tercer criterio es el criterio quimio-taxonómico (de química y taxonomía), que usamos cuando queremos estudiar un grupo de especies de la misma familia o género botánico, o variedades y cultivares de una misma planta. Esto, con la finalidad de establecer relaciones de similitud química entre ellas o sus diferencias. Recientemente y en colaboración con otros investigadores del INECOL, realizamos un estudio en donde comparamos los compuestos químicos que están presentes en las cáscaras de seis cultivares de mango (Mangifera indica) encontrando varios compuestos benéficos para la salud en este tejido que generalmente desechamos [6].

Todo estudio fitoquímico comienza con la llegada de la planta al laboratorio, la cual es cuidadosamente registrada cuidando de anotar todos los detalles relacionados a su identificación (Figura 4A). Posteriormente, se utiliza toda la planta o una parte de ella (Figura 4B), dependiendo del interés y conocimiento que se tenga. Los compuestos químicos los aislamos e identificamos mediante técnicas de separación en química analítica y equipos especializados (cromatógrafos acoplados a espectrómetros de masas) que permiten determinar la identidad de uno hasta cientos de compuestos distintos al mismo tiempo (Figura 4C). La importancia de realizar estudios fitoquímicos es que, en paralelo, hacemos estudios de actividad biológica probando si los compuestos aislados tienen propiedades de interés tales como toxicidad, antibiótica y antidiabética, entre otras. De esta forma, hemos encontrado distintos compuestos químicos que son capaces de matar hongos e insectos que causan enfermedades en plantas (o las dañan) o con posible utilidad en la curación de enfermedades en humanos (Figura 5). Todo esto nos ayudará a desarrollar medicamentos más eficaces o insecticidas/fungicidas/nematicidas biológicos que no contaminen tanto el agua y el suelo.  En conclusión, esperamos que después de leer esto hayas descubierto que las plantas y sus compuestos químicos han sido, son y seguirán siendo una fuente valiosa de recursos naturales para el ser humano y que por ello apoyar la investigación sobre las mismas es muy útil.

*Todas las imágenes fueron creadas por el LDG Mauricio Fabian Monribot Villanueva 

Referencias

• Bonilla-Landa, I., Callejas-Linares, J. M., Murillo, E. M. C., Farías, F. R., Guevara-Valencia, M., Monribot-Villanueva, J. L., & Guerrero-Analco, J. A. (2022). Actividad antibacteriana y perfil fenólico del extracto metanólico de las partes aéreas de Hyptis suaveolens (Lamiaceae). Acta Botánica Mexicana, (129).
• Monribot-Villanueva, J. L., Rodríguez-Fuentes, J. S., Landa-Cansigno, C., Infante-Rodríguez, D. A., Díaz-Abad, J. P., & Guerrero-Analco, J. A. (2020). Comprehensive profiling and identification of bioactive components from methanolic leaves extract of Juniperus deppeana and its in vitro antidiabetic activity. Canadian Journal of Chemistry, 98, 764-770.
• Juárez-Trujillo, N., Monribot-Villanueva, J. L., Alvarado-Olivarez, M., Luna-Solano, G., Guerrero-Analco, J. A., & Jiménez-Fernández, M. (2018). Phenolic profile and antioxidative properties of pulp and seeds of Randia monantha Benth. Industrial Crops and Products, 124, 53-58.
• Infante-Rodríguez, D., Monribot-Villanueva, J., Mehltreter, K., Carrión, G., Lachaud, J. P., Velázquez-Narváez, A. C., ... & Guerrero-Analco, J. (2020). Phytochemical characteristics of leaves determine foraging rate of the leaf-cutting ant Atta mexicana (Smith)(Hymenoptera: Formicidae). Chemoecology, 30, 147-159.
• Aluja, M., Pascacio-Villafán, C., Altúzar-Molina, A., Monribot-Villanueva, J., Guerrero-Analco, J. A., Enciso, E., ... & Guillén, L. (2020). Insights into the Interaction between the Monophagous Tephritid Fly Anastrepha acris and its Highly Toxic Host Hippomane mancinella (Euphorbiaceae). Journal of Chemical Ecology, 46, 430-441.
• Monribot-Villanueva, J. L., Elizalde-Contreras, J. M., Aluja, M., Segura-Cabrera, A., Birke, A., Guerrero-Analco, J. A., & Ruiz-May, E. (2019). Endorsing and extending the repertory of nutraceutical and antioxidant sources in mangoes during postharvest shelf life. Food Chemistry, 285, 119-129.

¹Laboratorio de Química de Productos Naturales. Red de Estudios Moleculares Avanzados. Instituto de Ecología A.C., Clúster Científico y Tecnológico BioMimic^®

²Red de Manejo Biorracional de Plagas y Vectores. Instituto de Ecología A.C., Clúster Científico y Tecnológico BioMimic^®