En una estrecha franja de tierra a lo largo de la cordillera de los Andes en el centro de Chile, una comunidad indígena ha celebrado durante mucho tiempo la corteza de un árbol raro por sus propiedades medicinales. La ciencia moderna solo recientemente alcanzó esta tradición, encontrando que el llamado árbol de corteza de jabón contiene compuestos potentes para potenciar el sistema inmunológico humano.

Desde entonces, las moléculas se han utilizado para crear la primera vacuna contra la malaria del mundo y para aumentar la efectividad de vacunas para todo, desde el herpes zóster hasta el Covid-19 y el cáncer. Desafortunadamente, la recolección insostenible ha puesto en peligro la existencia de esta especie arbórea, lo que llevó al gobierno chileno a restringir severamente la tala.

La historia del árbol de corteza de jabón no es única. Las plantas son la base de industrias como la farmacéutica, la belleza, la agricultura y la silvicultura, pero alrededor del 45 por ciento de las especies vegetales están en peligro de extinción. Al mismo tiempo, la demanda humana de productos vegetales sigue en aumento. Ashley Beckwith SM ’18, PhD ’22 cree que satisfacer esa demanda requiere replantear cómo se cultivan las plantas. Su empresa, Foray Bioscience, tiene como objetivo hacer que la producción vegetal sea más rápida, adaptable y menos dañina para las cadenas de suministro naturales frágiles.

La compañía trabaja para hacer posible cultivar cualquier planta o producto vegetal a partir de células individuales usando biofabricación impulsada por inteligencia artificial. Foray ya ha desarrollado moléculas, materiales y semillas fabricadas con diversos socios, incluidos investigadores académicos, viveros, conservacionistas y empresas.

En una nueva colaboración, Foray está trabajando con el vivero West Coast Chestnut para desplegar una versión de castaños más resistente a enfermedades que alguna vez llenaron los bosques del este de Estados Unidos pero que desde entonces han sido exterminados. El proyecto es solo un ejemplo de cómo la IA y la ciencia de plantas pueden aprovecharse para proteger las poblaciones vegetales que aportan tanto valor a los humanos y al planeta.

“Los sistemas vegetales sustentan todos los aspectos de nuestra vida diaria, desde el aire que respiramos hasta la comida que comemos, la ropa que usamos, los hogares donde vivimos y más”, dice Beckwith. “Pero estos sistemas vegetales son frágiles y están en declive. Necesitamos nuevas estrategias para asegurar el acceso duradero a los productos vegetales y los ecosistemas de los que dependemos.”

De células humanas a plantas

Beckwith se enfocó en biología y fabricación de materiales como estudiante de maestría en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. Su investigación involucró construir plataformas para habilitar tratamientos precisos para enfermedades humanas. Tras graduarse, trabajó en una granja regenerativa y autosuficiente que imitaba ecosistemas naturales, y comenzó a pensar en aplicar su trabajo para abordar la fragilidad de los sistemas vegetales.

Beckwith volvió al MIT para su doctorado para explorar la idea de sistemas vegetales regenerativos, estudiando en el laboratorio del científico investigador Luis Fernando Velásquez-García en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación.

“Para enfrentar la escasez de órganos para trasplantes, los científicos aspiran a cultivar riñones que no tengan que ser extraídos de un humano, usando ingeniería de tejidos”, dice Beckwith. “¿Y si pudiéramos hacer algo similar con nuestros sistemas vegetales?”

Beckwith publicó estudios que demostraban que podía cultivar material vegetal similar a la madera en laboratorio. Al ajustar ciertos químicos, los investigadores podían controlar con precisión propiedades como rigidez y densidad.

“Pensaba en cómo construimos productos, como la madera, desde la célula hacia arriba en lugar de extraerlos de arriba hacia abajo”, recuerda Beckwith. “Esto llevó a algunas demostraciones fundamentales que sustentan el trabajo que hacemos en Foray hoy, pero también abrió preguntas: ¿Dónde son más urgentes estos nuevos enfoques? ¿Qué se necesitaría para aplicar estas herramientas donde se necesitan, rápido?”

Beckwith comenzó a explorar la idea de crear una empresa en 2021, participando en programas aceleradores dirigidos por el E14 Fund y The Engine, ambas iniciativas afiliadas al MIT diseñadas para apoyar emprendimientos científicos revolucionarios. Fundó oficialmente Foray en febrero de 2022 después de terminar su doctorado.

“Nuestra investigación inicial mostró que podíamos cultivar material similar a la madera directamente desde células vegetales,” dice. “Ahora podemos cultivar no solo madera sin el árbol, sino también producir moléculas, materiales e incluso semillas sin necesidad de cosecha, guiando células individuales para que se desarrollen precisamente en los productos que necesitamos sin tener que cultivar toda la planta.”

Beckwith describe su innovación de madera cultivada en laboratorio como análoga a Uber si no existiera internet — una idea poderosa sin la infraestructura digital para escalar. Para crear la base de datos y el ecosistema para escalar la innovación vegetal, Foray está construyendo la plataforma Pando AI para permitir el descubrimiento y despliegue rápidos de estas soluciones vegetales novedosas.

“Pando funciona como Google Maps para el crecimiento de plantas”, dice Beckwith. “Ayuda a los científicos a navegar un campo muy complejo de variables y llegar a un destino de investigación de manera eficiente — porque para guiar una célula a producir un producto particular, puede haber 50 variables diferentes para ajustar. Tomaría toda una vida explorar cada una, y esa es una de las razones por las que la investigación en plantas es tan lenta hoy.”

El “sistema operativo para la ciencia vegetal”

El equipo de Foray incluye expertos en biología vegetal, inteligencia artificial, aprendizaje automático, biología computacional e ingeniería de procesos.

“Este es un problema muy interdisciplinario”, dice Beckwith. “Una de las cosas más emocionantes para mí es armar este equipo altamente capacitado que puede entregar soluciones que nunca podrían crearse de forma aislada.”

Después de un año de colaboraciones piloto con investigadores seleccionados, Foray se prepara para un lanzamiento público más amplio de su plataforma Pando a comienzos de este año.

En los próximos años, Beckwith espera que Foray sirva como motor de innovación para investigadores y empresas que trabajan en agricultura, materiales, farmacéutica y conservación. Foray ya usa Pando internamente para crear soluciones vegetales que superen limitaciones de la producción natural.

“Las semillas fabricadas son una capacidad que nos emociona mucho”, dice Beckwith. “Poder cultivar semillas a partir de células permite crear suministros de semillas oportunos y escalables para atender vacíos en la restauración o acortar el camino hacia el mercado para nuevas variedades de cultivos resistentes. Hay mucho que ganar haciendo nuestros sistemas vegetales más adaptativos.”

“Queremos acortar los tiempos de desarrollo de plantas, para que las soluciones se construyan en meses, no décadas,” dice Beckwith. “Estamos emocionados de construir herramientas que representen un cambio radical en la forma en que se puede hacer la producción vegetal.”

A medida que los productos de Foray se escalen y más investigadores usen su plataforma, la empresa espera ayudar a la industria de la ciencia vegetal a responder a algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro planeta.

“Ahora mismo estamos enfocados en plantas en laboratorios,” dice Beckwith. “En cinco años, nuestro objetivo es ser el sistema operativo para toda la ciencia vegetal, haciendo posible construir cualquier cosa desde una sola célula vegetal.”

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