Desde 1988, los científicos de plantas han dependido de la "pistola génica" estándar para modificar genéticamente cultivos, con el objetivo de mejorar el rendimiento, la nutrición, la resistencia a plagas y otras características clave. Sin embargo, esta tecnología, que dispara partículas microscópicas cargadas con material genético a alta presión hacia las células vegetales, enfrenta desafíos como baja eficiencia, resultados inconsistentes y daño tisular causado por las partículas de alta velocidad.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Shan Jiang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Estatal de Iowa se propuso mejorar esta herramienta fundamental para la investigación vegetal. Sus hallazgos, publicados en la revista *Nature Communications*, no solo documentan en detalle el proceso de búsqueda de soluciones, sino que también presentan la creación de una empresa emergente basada en esta invención.

Con una sólida trayectoria investigadora, incluyendo una estancia posdoctoral en el laboratorio de Langer en el MIT, cuyo director, Robert Langer, es pionero en el desarrollo de fármacos de ARNm, el profesor Jiang volvió su atención a la agricultura, específicamente a cómo introducir eficazmente ADN en células vegetales para añadir o mejorar características en los cultivos.

Una llamada telefónica fortuita conectó al profesor Jiang con el agrónomo Kan Wang de la Universidad Estatal de Iowa. Juntos exploraron los desafíos en la investigación vegetal, especialmente el problema de entregar material genético a través de las rígidas paredes celulares de las plantas. El profesor Jiang señaló que este es un campo largamente descuidado, donde rara vez incursionan los científicos de materiales.

La tecnología tradicional de pistola génica implica recubrir partículas diminutas de oro o tungsteno con material genético y luego dispararlas hacia las células vegetales. Sin embargo, este proceso es ineficiente y a menudo resulta en fragmentación del genoma e inserciones múltiples de transgenes, dificultando la predicción de la expresión génica. El profesor Jiang y su equipo decidieron buscar una nueva solución.

Después de cuatro años de esfuerzo, el equipo descubrió, mediante un modelo de dinámica de fluidos computacional del flujo de partículas de la pistola génica, un cuello de botella dentro del cañón del dispositivo. Este cuello de botella causa pérdida de partículas, interrupciones en el flujo, caída de presión y reducción de velocidad, afectando la eficiencia de transformación. Basándose en este hallazgo, el equipo diseñó un nuevo cañón interno —el "cañón guía"— y fabricó prototipos de prueba mediante impresión 3D.

Las pruebas mostraron que la pistola génica modificada con el cañón guía tuvo un rendimiento significativamente mejorado. La eficiencia de guiado de las partículas cargadas aumentó de aproximadamente un 21% en las pistolas tradicionales a casi un 100%. En pruebas con cebolla, la eficiencia de transfección transitoria aumentó 22 veces; en plántulas de maíz, la eficiencia de infección viral mejoró 17 veces; y en trigo, la eficiencia experimental con la herramienta de edición genómica CRISPR se duplicó.

El científico de plantas Kan Wang de la Universidad Estatal de Iowa declaró que la calidad del trabajo en el laboratorio mejoró entre 10 y 20 veces, aumentando drásticamente la productividad. El profesor Yiping Qi de la Universidad de Maryland también señaló que el cañón guía hará que la transformación vegetal y la edición genómica sean más fáciles y eficientes, mostrando un gran potencial, especialmente para la edición genómica heredable en cultivos como el trigo.

El profesor Jiang afirmó que el cañón guía, con una eficiencia 10 a 20 veces mayor, podría ahorrar millones de dólares en tiempo y recursos a científicos vegetales y empresas agrícolas, acelerando simultáneamente el desarrollo de plantas o productos. Enfatizó que, aunque el dispositivo parece simple, sus beneficios son invaluables, ayudando a desarrollar estrategias de mejora de cultivos más seguras y efectivas, aumentando la adaptabilidad ambiental y el valor nutricional de los cultivos, y promoviendo la producción de energía sostenible.