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Plantas y cultivos transgénicos
Plantas y cultivos transgénicos
Cristina Rivas Wagner
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Cristina Rivas Wagner
INDICE
Introducción ………………………………..…………………………..
04
¿Qué son las plantas transgénicas ………………………………
05
Ejemplos de tecnología MG que podrían beneficiar
a la agricultura …………………………………………………………
05
Resistencia a las plagas …………………………………….
06
Mejora del rendimiento ……………………………………..
07
Tolerancia al estrés biótico y abiótico ………………….
07
Uso de tierras marginales …………………………………..
08
Beneficios en cuanto a nutrición ……………………………
08
Menor impacto ambiental ……………………………………
09
Otros beneficios de las plantas transgénicas …………
09
Fármacos y vacunas procedentes de plantas
transgénicas ……………………………………………………..
09
Obtención de vectores para transformación directa ………..
11
Métodos de transformación …………………………………………
11
Electroporación de protoplastos ……………………………
12
Biobalística …………………………………………………………
13
Transformación mediante infección
con Agrobacterium ………………………………………………
14
Plantas resistentes a los insectos:
La toxina de Bacilus Thuringiensis …………………………………
21
Plantas resistentes a herbicidas …………………………………….
24
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Plantas resistentes a Virus: Estrategias para
la protección de plantas mediante ingeniería …………….………. 26
Expresión de proteínas de la
cubierta y resistencia en plantas transgénicas …………… 27
Uso de RNAs satélites ……………………………………………… 28
Uso de RNA antisentido …………………………………………… 29
Producción de vacunas y compuestos
farmacéuticos en plantas transgénicas ……………………………… 31
Anticuerpos en plantas transgénicas ………………………… 32
Vacunas comestibles ………………………………………………. 33
Productos transgénicos del futuro …………………………………….. 36
Conclusión ………………………………………………………………………. 42
Anexos ……………………………………………………………………………. 43
Bibliografía ……………………………………………………………………
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INTRODUCCIÓN | 1
Es imprescindible que mejoremos la producción y distribución de los
alimentos, si es que queremos alimentar y librar del hambre a la creciente
población mundial, al mismo tiempo que reducimos los impactos
ambientales y generamos empleos productivos en las regiones de bajos
ingresos. Para lograrlo, será necesario hacer un uso adecuado y responsable
de los descubrimientos científicos y las nuevas tecnologías. Los creadores y
supervisores de la tecnología MG aplicada a las plantas y los
microorganismos, debieran cerciorarse de que sus esfuerzos atiendan esas
necesidades.
Mediante el uso de la tecnología MG es factible producir alimentos más
nutritivos, estables en almacenamiento y, en principio, promotores de la
salud (trayendo beneficios por igual a los consumidores de los países
industrializados y en vías de desarrollo).
Se requieren nuevos esfuerzos, por parte del sector público, para crear
cultivos transgénicos que beneficien a los agricultores de escasos recursos
de los países en vías de desarrollo y faciliten el acceso de éstos a los
alimentos mediante la producción, con mano de obra intensiva, de cultivos
básicos como maíz, arroz, trigo, yuca (mandioca), camote (ñame), sorgo,
plátano macho (cambur) y batata (boniato). Se necesita el esfuerzo
cooperativo de los sectores público y privado para desarrollar nuevos
cultivos transgénicos que beneficien a los consumidores, sobre todo a los
del mundo en vías de desarrollo.
Deben hacerse esfuerzos concertados y organizados para investigar los
posibles efectos ambientales (tanto positivos como negativos) de las
tecnologías MG en cada una de sus aplicaciones específicas. Dicho efectos
deben ser evaluados comparándolos con los causados por las tecnologías
agrícolas ordinarias en uso actual.
Es necesario implantar sistemas reguladores de salud pública en cada país,
para identificar y hacer un seguimiento de cualquier efecto potencial
adverso de las plantas transgénicas contra la salud humana, como se hace
para cualquier otra nueva variedad vegetal.
Las corporaciones privadas e instituciones de investigación deberían
establecer acuerdos para compartir la tecnología MG (que está controlada
actualmente por medio de patentes y acuerdos de licencia sumamente
estrictos) con científicos responsables, que la utilicen para aliviar el hambre
y promover la seguridad alimenticia de los países en vías de desarrollo.
Además, conviene que los agricultores de escasos recursos del mundo
entero cuenten con exenciones especiales para protegerlos de las
restricciones inadecuadas en cuanto a la propagación de sus cultivos.
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¿QUÉ SON LAS PLANTAS TRANSGÉNICAS? | 2
La planta transgénica contiene uno o más genes que han sido insertados en
forma artificial en lugar de que la planta los adquiera mediante la
polinización. La secuencia génica insertada (llamada el transgen) puede
provenir de otra planta no emparentada o de una especie por completo
diferente: por ejemplo, el maíz Bt, que produce su propio insecticida,
contiene un gen de una bacteria. Las plantas que tienen transgenes a
menudo son llamadas genéticamente modificadas o cultivos GM, si bien en
realidad todos los cultivos han sido genéticamente modificados con respecto
a su estado silvestre original mediante la domesticación, la selección y el
mejoramiento controlado a través de períodos prolongados.
EJEMPLOS DE TECNOLOGÍA MG QUE PODRÍAN BENEFICIAR A LA
AGRICULTURA | 3
Hasta la fecha, la tecnología MG ha servido, más que nada, para producir
varios cultivos agrícolas con características "dictadas por el mercado",
algunas de las cuales han alcanzado el éxito comercial. El desarrollo de
variedades producidas comercialmente en países como Estados Unidos y
Canadá, se ha enfocado en aumentar la vida en anaquel de las frutas y
verduras, conferir resistencia contra virus o insectos y conferir tolerancia a
herbicidas específicos. Aunque estas características han resultado benéficas
para los agricultores, ha sido difícil lograr que los consumidores vean algún
beneficio como no sea, en casos limitados, un mejor precio debido al
abatimiento de los costos y la mayor facilidad de producción (Nelson y cols.
1999; Falck-Zepeda y cols. 1999).
Una posible excepción es el desarrollo de tecnología MG para retrasar la
maduración de las frutas y verduras, lo que permite tenerlas almacenadas
por más tiempo. Los agricultores se beneficiarían con este avance al
disponer de mayor flexibilidad en cuanto a producción y cosecha. Los
consumidores también se beneficiarían al poder adquirir frutas y verduras,
como los jitomates transgénicos modificados para que se ablanden más
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lentamente que las variedades tradicionales, lo que significa mayor duración
en almacenamiento, menor costo de producción, más calidad y menos
precio. Existe la posibilidad de que los agricultores de los países en vías de
desarrollo se beneficien considerablemente con los cultivos que maduran o
se ablandan lentamente, pues eso podría darles mayor flexibilidad para la
distribución de la que disponen actualmente. En muchos casos, los
agricultores en pequeño sufren graves pérdidas debido a la maduración o
reblandecimiento excesivos o descontrolados de sus frutas o verduras.
El verdadero potencial de la tecnología MG para ayudar a resolver algunos
de los problemas más graves de la agricultura mundial acaba de empezar a
ser explorado. Los siguientes ejemplos nos mostrarán cómo puede aplicarse
la tecnología MG en algunos problemas agrícolas específicos en los que
indicamos los beneficios potenciales.
Resistencia a las plagas | 3.1
Obviamente, los agricultores se beneficiarían si se desarrollan plantas
transgénicas resistentes a plagas específicas. Por ejemplo, en Hawai se han
estado vendiendo y plantando, desde 1996, papayos resistentes a la
mancha anular viral de la papaya (Gonsalves 1998). Por otra parte, el
ambiente también se beneficiaría al aminorar el uso de plaguicidas. Los
cultivos transgénicos que contienen genes de resistencia a los insectos,
procedentes de Bacillus thuringiensis, han hecho posible reducir
considerablemente la cantidad de insecticida que se le aplica al algodón en
Estados Unidos. En un análisis, por ejemplo, se demostró que hubo una
reducción de dos millones de hectáreas tratadas en 1999, es decir, un
millón de kilogramos de insecticidas químicos, en comparación con 1998
(U.S. National Research Council 2000). Sin embargo, las poblaciones de
plagas y organismos fitopatógenos se adaptan rápidamente y se vuelven
resistentes a los plaguicidas, y no existen razones para suponer que no
ocurrirá lo mismo, y con la misma rapidez, en el caso de las plantas
transgénicas. Además, los biotipos de las plagas varían de una región a
otra. Por ejemplo, es probable que los cultivos resistentes a insectos
diseñados para Estados Unidos y Canadá tengan resistencia a plagas que no
ocasionan problemas en los países en vías de desarrollo, y esto ocurre por
igual en las plantas transgénicas y en las desarrolladas por medio de
técnicas de cruzamiento ordinarias. Incluso en el caso de que los mismos
genes de resistencia a los insectos o los herbicidas sean útiles en varias
regiones, normalmente es necesario introducirlos en cultivares adaptados a
las condiciones locales. Por lo tanto, se requieren más investigaciones sobre
las plantas transgénicas que se han vuelto resistentes a plagas locales, a fin
de evaluar su sustentabilidad frente a un aumento en las presiones de
selección para plagas cada vez más virulentas.
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Mejora del rendimiento | 3.2
Una de las principales tecnologías que desembocaron en la "Revolución
verde", fue la creación de variedades de trigo semienanas de alto
rendimiento. Los genes responsables de esa reducción de altura fueron los
genes japoneses NORIN 10 introducidos en los trigos occidentales durante
la década de 1950 (genes del enanismo insensibles a la giberelina). Estos
genes tenían dos ventajas: producían una planta más corta y fuerte, que
respondía bien a la aplicación de más fertilizante sin colapsarse; y
aumentaban directamente el rendimiento al reducir la elongación celular de
las partes vegetativas de la planta, de modo que ésta invertía más energía
en las partes reproductivas comestibles. Estos genes fueron aislados en
fechas recientes, y se demostró que actúan exactamente de la misma
manera cuando se les utiliza para transformar otras especies de plantas
agrícolas (Peng y cols. 1999). Hoy por hoy, esta técnica de enanismo puede
utilizarse para aumentar la productividad de cualquier planta agrícola cuyo
rendimiento económico se encuentre en las partes reproductivas, en vez de
en las vegetativas.
Tolerancia al estrés biótico y abiótico | 3.3
La creación de cultivos con resistencia intrínseca al estrés biótico y abiótico,
ayudaría a estabilizar la producción anual. Por ejemplo, el virus de la
mancha amarilla del arroz (RYMV) devasta los arrozales africanos al destruir
directamente la mayor parte del cultivo, con un efecto secundario en las
plantas sobrevivientes, a las que vuelve más vulnerables a las infecciones
micóticas. Como resultado, este virus ha puesto en serio peligro la
producción arrocera de África. Los métodos ordinarios de control del RYMV,
que se basan en las técnicas tradicionales de cruzamiento, no han logrado
introducir la resistencia de las especies silvestres en el arroz cultivado. Los
investigadores han recurrido a una nueva técnica, que imita la
"inmunización genética", al crear plantas de arroz transgénicas que son
resistentes al RYMV (Pinto y cols. 1999). Actualmente, las variedades
transgénicas resistentes están a punto de ser sometidas a pruebas de
campo con el fin de evaluar la eficacia de su resistencia al RYMV. Esta
podría ser la solución del riesgo de colapso total de las regiones arroceras
del sub-Sahara africano.
Podríamos dar muchos otros ejemplos para ilustrar la gama de las
investigaciones científicas actuales, como las plantas transgénicas
modificadas para combatir el virus de la mancha anular de la papaya (Souza
1999), las papas resistentes al tizón (Torres y cols. 1999) y arroz resistente
al tizón bacteriano de la hoja (Zhai y cols 2000), o como ejemplo de un
factor abiótico, plantas modificadas para producir un exceso de ácido cítrico
en las raíces que, de ese modo, toleran mejor el aluminio presente en los
suelos ácidos (de la Fuente y cols. 1997). Estos ejemplos tienen un claro
potencial comercial, pero será imprescindible, si es que queremos obtener
los máximos beneficios, que la investigación de tecnología MG siga
financiada con recursos públicos. Por ejemplo, pese a que la tecnología MG
nos da acceso a nuevas pozas genéticas donde se encuentran fuentes de
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resistencia, será necesario demostrar que dichas fuentes serán más
estables que las fuentes de resistencia intraespecíficas usadas de manera
ordinaria.
Uso de tierras marginales | 3.4
Una inmensa extensión de la superficie terrestre del planeta, tanto en las
costas como en el interior de los continentes, se considera marginal porque
es excesivamente salina o alcalina. Ya se logró identificar, clonar y transferir
a otras plantas un gen de tolerancia a la sal presente en el mangle negro
(Avicennia marina). Según se ha visto, las plantas transgénicas toleran
mayores concentraciones de sal. Asimismo, el gen gutD, de Escherichia coli,
ha servido para generar plantas de maíz transgénicas que toleran la sal (Liu
y cols 1999). Estos genes representan una fuente potencial para el
desarrollo de sistemas agrícolas que permitan el uso de las tierras
marginales (M.S. Swaminathan, com. pers. 2000).
Beneficios en cuanto a nutrición | 3.5
La deficiencia de vitamina A es causa de que medio millón de niños queden
parcial o totalmente ciegos cada año (Conway y Toennissen 1999). Los
métodos tradicionales de mejora de plantas no han logrado producir cultivos
que contengan altas concentraciones de vitamina A, de modo que la
mayoría de los gobiernos dependen de costosos y complejos programas de
complementación para atender este problema. Los investigadores han
introducido tres nuevos genes en el arroz: dos de ellos proceden del narciso
y uno de cierto microorganismo. El arroz transgénico exhibe mayor
producción de beta-caroteno, el precursor de la vitamina A, y la semilla es
de color amarillo (Ye y cols. 2000). Este arroz amarillo o dorado, puede
ayudar a resolver el problema de la deficiencia de vitamina A entre los niños
de las regiones tropicales.
La fortificación con hierro es necesaria porque los cereales son deficientes
en micronutrientes esenciales como este metal. La deficiencia de hierro
provoca anemia en las mujeres embarazadas y los niños pequeños. Por
consiguiente, cerca de 400 millones de mujeres en edad reproductiva sufren
de esta afección y tienen mayores riesgos de muerte fetal o de parir niños
con muy bajo peso, así como una mayor probabilidad de muerte por parto.
La anemia ha sido identificada como un factor de riesgo en más de 20% de
los casos de muerte posparto en Asia y África (Conway 1999a, b). Mediante
el uso de genes relacionados con la síntesis de una proteína fijadora de
hierro y con la producción de una enzima que facilita la absorción del hierro
presente en los alimentos humanos, se produjo un arroz transgénico con
altas concentraciones de hierro (Goto y cols. 1999; Lucca 1999). Estas
plantas contienen de dos a cuatro veces más hierro que el arroz no
transgénico, pero queda pendiente investigar su asimilación biológica.
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Menor impacto ambiental | 3.6
La disponibilidad y el uso eficiente del agua se han convertido en temas de
importancia mundial. Los suelos sometidos a labores de labranza intensa
(arado) para el control de las malezas y la preparación del suelo, son
propensos a la erosión y sufren una grave pérdida de agua. Las
comunidades tradicionales han recurrido por muchos años a sistemas de
labranza mínima. Existe la necesidad de crear cultivos que prosperen en
tales condiciones, incluyendo la introducción de resistencia a enfermedades
de las raíces que se controlan actualmente por medio de la labranza, así
como de herbicidas que puedan ser utilizados en vez de la labranza (Cook
2000). Según se ha visto en los países más desarrollados, la tecnología MG
es una herramienta útil para introducir resistencia a las enfermedades
radiculares en condiciones de labranza mínima. Sin embargo, será necesario
un cuidadoso análisis de tipo costo-beneficio, a fin de asegurar el logro del
máximo provecho. Asimismo, será necesario evaluar minuciosamente las
diferencias regionales en cuanto a técnicas agrícolas, así como el impacto
potencial de la sustitución de un cultivo tradicional por uno nuevo de tipo
transgénico.
Otros beneficios de las plantas transgénicas | 3.7
Las variedades transgénicas de primera generación han beneficiado a
muchos agricultores en forma de menores costos de producción, mayores
rendimientos o ambas cosas. En muchos casos, también han beneficiado al
ambiente porque reducen el uso de plaguicidas o permiten la siembra de
cultivos con menos actividades de labranza. Los insectos ocasionan
enormes pérdidas agrícolas en el campo y en los productos cosechados que
se encuentran en tránsito o almacenamiento, pero las preocupaciones en
cuanto a la salud de los consumidores y el impacto ambiental, han limitado
el registro de muchos plaguicidas químicos prometedores. Los genes de
resistencia a las plagas, cuando son introducidos cuidadosamente en los
cultivos para evitar la selección futura de resistencia a las plagas,
constituyen alternativas con las que puede reducirse el uso de plaguicidas
químicos en muchos cultivos importantes. Además, reducir la contaminación
de nuestros alimentos por parte de patógenos que constituyen riesgos de
salud por la vía alimenticia (p.ej., las micotoxinas), sería benéfico para los
agricultores y consumidores por igual.
Fármacos y vacunas procedentes de plantas transgénicas | 3.8
Existen vacunas contra muchas de las enfermedades que le provocan
grandes sufrimientos e incluso la muerte a numerosas personas en los
países en vías de desarrollo, pero su producción y aplicación son
normalmente muy costosas. Casi todas las vacunas deben ser almacenadas
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en condiciones de refrigeración, y para su aplicación se depende de
especialistas debidamente capacitados, lo que se suma a los gastos. En
algunos países, incluso el costo de las agujas para inyectar las vacunas
puede ser prohibitivo. Por consiguiente, suele suceder que las vacunas no
llegan a quienes más las necesitan. Actualmente, los investigadores están
estudiando el potencial de la tecnología MG para la producción de vacunas y
fármacos por medio de plantas. Esto significaría un acceso más fácil, una
producción más económica y una manera alternativa de generar ingresos.
Ya se han producido vacunas contra enfermedades infecciosas del aparato
digestivo en plantas como la papa y el plátano (banano) (Thanavala y cols.
1995). Otro objetivo adecuado serían los cereales. Recientemente se logró
expresar, en semillas de arroz y trigo, un anticuerpo contra el cáncer que
reconoce células cancerosas de pulmón, mama y colon y que, por lo tanto,
puede ser útil para el diagnóstico y la terapia en lo futuro (Stoger y cols.
2000). Estas tecnologías se encuentran en una fase aún muy temprana de
su desarrollo, y será necesario investigar las preocupaciones obvias en
cuanto a la salud humana y la seguridad ambiental durante su producción,
antes de que dichas plantas sean aprobadas como cultivos especiales. No
obstante, la creación de plantas transgénicas para la producción de
sustancias terapéuticas tiene un enorme potencial como una manera de
ayudar a resolver los problemas de enfermedad en los países en vías de
desarrollo.
Casi una tercera parte de las medicinas que se utilizan actualmente se
derivan de las plantas, uno de los ejemplos más famosos es el de la aspirina
(la forma acetilada de un producto natural de las plantas, el ácido salicílico)
Se cree que menos de 10% de las plantas medicinales han sido
identificadas y caracterizadas, y existe la posibilidad de utilizar la tecnología
MG de tal manera que aumente los rendimientos de las sustancias
medicinales una vez identificadas. Por ejemplo, las valiosas sustancias
contra el cáncer vinblastina y vincristina son los únicos medicamentos
aprobados para el tratamiento del linfoma de Hodgkin. Ambas se derivan de
la vincapervinca (hierba doncella) de Madagascar, que las produce en muy
pequeñas concentraciones junto con 80 a 100 compuestos químicos muy
similares. Por consiguiente, la producción de estos compuestos terapéuticos
es sumamente costosa. En la actualidad se están llevando a cabo
investigaciones intensivas con el fin de descubrir el potencial de la
tecnología MG en cuanto se refiere a incrementar las concentraciones de
compuestos activos o permitir su producción en plantas más fáciles de
cultivar que la vincapervinca (Leech y cols. 1998).
Es nuestra recomendación que la investigación y desarrollo de cultivos
transgénicos debiera enfocarse en plantas que: (i) aumenten la estabilidad
de la producción; (ii) le aporten beneficios nutritivos al consumidor; (iii)
reduzcan el impacto ambiental de la agricultura intensiva y extensiva; y (iv)
faciliten la producción de fármacos y vacunas; al mismo tiempo que (v) se
desarrollen protocolos y reglamentos que aseguren que los cultivos
transgénicos diseñados para satisfacer necesidades no alimenticias, como la
producción de compuestos farmacéuticos, sustancias químicas industriales,
etc., no se difundan o mezclen con otros cultivos alimenticios transgénicos o
no transgénicos.
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OBTENCIÓN DE VECTORES PARA TRANSFORMACIÓN DIRECTA | 4
Los vectores utilizados en la transformación de plantas mediante métodos
directos, son plásmidos bacterianos en los que han sido clonados los genes
a ser introducidos en el genoma vegetal. Estos vectores son de tamaño
variable (2 a 50 kb). Una vez identificados los genes y las respectivas
secuencias reguladoras, ellos son agrupados, formando una construcción
que consta de un promotor, una secuencia codificadora, y una señal de
terminación. Esas construcciones son luego introducidas en un vector
adecuado, o sea en un plásmido bacteriano. Un vector contiene
básicamente, los genes de interés a ser introducidos, los genes marcadores
para transformación y selección, un origen de replicación, y un gen que
confiere a las bacterias resistencia a un antibiótico. Uno de los genes
marcadores más utilizados es el gus (uidA), debido a que su expresión
puede
ser fácilmente detectada mediante métodos enzimáticos,
colorimétricos y de fluorescencia. Como se mencionó, para la selección de
las células transformadas se utilizan genes que confieren resistencia a
antibióticos. Los más utilizados son el gen neo (npt II), que confiere
resistencia a la canamicina, geneticina o paromomicina y el gen hpt, que
confiere resistencia a la higromicina. También se puede recurrir a genes que
confieren resistencia a herbicidas, como el bar, que codifica a la enzima
fosfinotricina acetiltransferasa (PAT), confiriendo resistencia a la
fosfinotricina. Existen diferentes métodos de aislamiento de plásmidos
bacterianos. Todos ellos siguen tres etapas básicas: crecimiento de la
bacteria y amplificación del plásmido, concentración y lisis de las células
bacterianas, y purificación del plásmido. El método de aislamiento del
plásmido por lisis alcalina ha sido empleado exitosamente en diferentes
linajes de bacterias. Se basa en la naturaleza circular de los plásmidos y en
el alto peso molecular del ADN cromosómico. Cuando un extracto celular se
expone a un pH alcalino (cercano a 12), el ADN linear (cromosómico) se
desnaturaliza mientras que el ADN circular (plásmido) permanece intacto.
Luego el extracto es neutralizado con una solución de acetato de sodio, en
presencia de una alta concentración salina, lo que hace que el ADN
cromosómico precipite, junto con las proteínas.
MÉTODOS DE TRANSFORMACIÓN | 5
Los biólogos pueden recurrir a tres métodos, para introducir los genes de
interés en la célula vegetal. Ellos son: electroporación de protoplastos,
biobalística e infección con Agrobacterium.
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- Electroporación de protoplastos:
Se trata de un método utilizado para introducir macromoléculas en células
vegetales. Llamamos protoplastos a las células vegetales desprovistas de
su pared celular (Figuras 1 y 2). Cuando estos protoplastos son cultivados
“in vitro”, pueden reconstituir su pared, dividirse por mitosis y regenerar
una planta entera. La obtención de protoplastos requiere de la incubación
del tejido vegetal en un medio de digestión compuesto de enzimas
pectocelulolíticas, como las que digieren la celulosa, las hemicelulosas, y las
pectinas, que son los principales constituyentes de las paredes celulares. Es
importante que el pH de las soluciones empleadas favorezca la actividad de
las enzimas empleadas, sin comprometer la viabilidad de las células. Luego
de la digestión de la pared celular, se procede a la purificación y
determinación del número de protoplastos intactos. La electroporación
consiste en la inducción de poros reversibles en las membranas celulares,
que permiten el pasaje de iones y moléculas. La electroporación de
protoplastos se realiza inmediatamente después de su purificación. Para
ello, una suspensión de protoplastos se incuba con los plásmidos en los
que están clonados los genes de interés, y los genes marcadores, que
posibilitan la identificación de las células transformadas. La mayoría de los
aparatos de electroporación (electroporadores) utilizan descargas de
capacitores, para producir descargas de alto voltaje. La intensidad del
pulso está determinada por el voltaje aplicado y la conductividad del medio.
El grado de permeabilidad de la membrana, por su parte, depende del
campo eléctrico aplicado y del tipo celular. Altos niveles de permeabilidad
facilitan la entrada del ADN, pero disminuye la viabilidad de las células.
La eficiencia de la transformación puede estimarse mediante dos
parámetros:
•
Frecuencia absoluta de transformación:
nº de colonias transformadas
nº inicial de protoplastos
•
Frecuencia relativa de transformación:
nº de colonias transformadas . 100
nº inicial de colonias obtenidas
La eficiencia de la transformación varía considerablemente entre especies, y
entre cultivares de la misma especie. Se han reportado frecuencias
absolutas de transformación en el rango de 10-6 a 10-3.
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Figura 1: Protoplastos de
(derecha).
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Oryza sativa (izquierda) y Dahlia pinnata
Figura 2: A, pelos radicales de Medicago sativa; B, protoplastos obtenidos a
partir de esos pelos radicales luego de 3 minutos de incubación con
enzimas para digerir la pared celular. La barra blanca, en ambas fotos
corresponde a 10 µm.
- Biobalística
Esta técnica fue propuesta por Sanford en 1987, para introducir material
genético en el genoma nuclear de plantas superiores. En los últimos años se
ha usado para transformar bacterias, protozoos, hongos, algas, insectos y
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tejidos animales. La biobalística, utiliza microproyectiles a alta velocidad,
para introducir ácidos nucleicos y otras moléculas en células y tejidos. Este
proceso también se conoce con los nombres de “bombardeo con
microproyectiles”, “gen gun” (pistola génica), “aceleración de partículas”,
etc. Se utilizan micropartículas de 0,2 a 4 µm de diámetro, cubiertas con
secuencias de ácidos nucleicos, aceleradas a velocidades superiores a los
1500 km/h. Estas partículas (de oro ó tungsteno) penetran la pared y la
membrana plasmática, alojándose aleatoriamente en los organoides
celulares. Posteriormente, el ADN se libera de las partículas y se integra en
el genoma nuclear del organismo receptor. Se han desarrollado varios
mecanismos para lograr la aceleración de las micropartículas, entre los que
se destaca uno que funciona mediante la descarga de helio de alta presión.
En la Figura 3 se aprecia un esquema de una pistola génica.
Figura 3: Fotografía mostrando una pistola génica.
- Transformación mediante infección con Agrobacterium.
Este método se basa en el uso de una bacteria del género Agrobacterium
como herramienta para introducir el gen de interés en el genoma de la
planta. Antes de describir la técnica propiamente dicha, veamos algunas
características de la especie bacteriana.
I) Características del género Agrobacterium
Se trata de bacterias aeróbicas y Gram positivas,
comúnmente
encontradas en el suelo. No forman esporas, poseen forma de bacilo
(Figura 4 A) y se mueven por medio de 1 a 6 flagelos. En particular,
Agrobacterium tumefaciens, es el agente etiológico de la “agalla de la
corona” y A. rhizogenes el de la “raíz en cabellera”, ambas diseminadas en
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casi todos los tipos de suelos, cultivados o no. La infección de una planta
con Agrobacterium, comienza con la penetración de la bacteria en el tejido
vegetal, a través de una lesión producida por insectos, tratamientos
culturales, heladas, etc. Las bacterias son atraídas por sustancias liberadas
por las células lesionadas, tales como aminoácidos, azúcares y fenoles. Una
vez en contacto con las células vegetales, las bacterias sintetizan
microfibrillas de celulosa, propiciando una mejor fijación.
Las moléculas liberadas a través de las heridas también son responsables
por la activación de genes localizados en la región de virulencia (región vir)
del plásmido Ti de la bacteria (Ti: inductor de tumores) que es un plásmido
de alto peso molecular, presente en todos los linajes patogénicos de
Agrobacterium (Figura 5). La región vir contiene aproximadamente 25
genes, que codifican proteínas que promueven la transferencia de otra
región del plásmido Ti de la bacteria, hacia la célula infectada. Esa región
se denomina T -ADN, y se integra en forma estable, al genoma vegetal. Una
vez en el genoma vegetal, los genes de T-ADN (también conocidos como
oncogenes) son transcriptos, codificando enzimas involucradas en la síntesis
de hormonas vegetales, tales como las auxinas y citocininas. Como
consecuencia de ese desbalance hormonal, las células transformadas
proliferan desordenadamente, produciendo un tumor que se conoce
vulgarmente con el nombre de “agalla de la corona” (Figura 4 B). En el caso
de A. rhizogenes, la expresión de los oncogenes conduce a la producción de
raíces en la región donde se produjo la herida, síntoma denominado “raíces
en cabellera”. Nótese que en la naturaleza se producen plantas
transgénicas, sin la intervención del hombre, cuando el T-ADN bacteriano
es “inyectado” a la célula vegetal, para luego integrarse y expresarse en el
genoma hospedante. El T -ADN también posee genes que codifican enzimas
responsables por la síntesis de opinas, que son aminoácidos y carbohidratos
modificados. Las opinas producidas por las células transformadas son
utilizadas exclusivamente por la bacteria como fuente de energía. Los
linajes salvajes, en general no son utilizados para la obtención de plantas
transgénicas, debido a las alteraciones fisiológicas que ellos producen.
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Figura 4. A: Microfotografía de barrido mostrando A. tumefaciens sobre una
célula vegetal, B: Agalla de la corona en girasol.
Figura 5: Plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens
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II) Transformación de células de Agrobacterium con el / los genes de
interés.
Veamos ahora como podemos introducir los plásmidos que contienen los
genes de interés, en las células de Agrobacterium (transformación). Pese a
que los oncogenes son los responsables de la producción de tumores, las
únicas regiones del T- ADN esenciales para su transferencia son las
secuencias de aproximadamente 25 pb localizadas en sus extremidades. De
este modo, los genes presentes en el T - ADN pueden ser eliminados y
sustituidos, sin alterar el proceso de transferencia. Además de las
extremidades del T - ADN, la región vir también es esencial para la
transferencia. La preparación de un linaje de Agrobacterium para ser
utilizado como vector para la transformación de plantas transgénicas,
incluye dos etapas: En la primera etapa, se debe obtener un “linaje
desarmado”, en el cual el T-ADN original, con sus oncogenes fue eliminado
por un proceso de doble recombinación. Actualmente disponemos de linajes
desarmados, obtenidos a partir de linajes salvajes de diferentes orígenes.
La segunda etapa, implica la preparación de un vector conteniendo el TADN con los genes de interés. Debido a su gran tamaño (aproximadamente
200 kb), el plásmido Ti no puede ser manipulado directamente, por lo que
se emplean plásmidos más pequeños (vectores), que resultan fáciles de
manipular. Estos vectores contienen las extremidades del T-ADN, entre las
cuales se clonan los genes de interés. Una vez obtenido el vector, este debe
ser transferido al Agrobacterium mediante un proceso que se conoce con el
nombre de
transformación.
Se han desarrollado tres métodos de
transformación: conjugación, electroporación y shock térmico:
a) Conjugación: se trata de un método simple y eficiente que no
requiere de equipamiento específico y prescinde de la preparación de
ADN plasmidial de E. coli. En el protocolo más común, se realiza un
cocultivo de dos l inajes de E. coli (“helper” y “donante”) y un linaje
de Agrobacterium (receptora), según puede apreciarse en la Figura
6. El linaje “helper” suministra las funciones de movilización (mob) y
transferencia ( tra) de plásmidos, entre bacterias compatibles,
mientras que el linaje “donante”, contiene el vector que será
transferido. Durante la conjugación, el plásmido ‘helper” es
transferido al linaje donante, promoviendo posteriormente su
movilización hacia Agrobacterium, junto con el vector. El plásmido
“helper” no se replica en Agrobacterium, y por lo tanto es eliminado.
Luego de la transferencia, se seleccionan los linajes recombinates de
Agrobacterium mediante el uso de antibióticos apropiados. La
principal desventaja de la conjugación es la posibilidad de que
ocurran alteraciones en el plásmido introducido, debido a la
recombinación con el plásmido ‘helper”.
18
Cristina Rivas Wagner
T - ADN
a)
binari o
A. tumefacien
s recep tor a
Vir
b)
T- ADN
T- ADN
Vir
c)
T- ADN
Vir
d)
T - ADN
Vir
Figura 6: Transferencia de un vector hacia Agrobacterium mediante
conjugación. El plásmido “helper” pasa a E. coli donante (a y b), y luego a
Agrobacterium, promoviendo la transferencia del vector binario (c). El
plásmido “helper” no se replica en bacterias y es eliminado (d). El vector
binario se mantiene independientemente del plásmido Ti desarmado.
b) Electroporación: Consiste en someter a las células del linaje receptor de
Agrobacterium a un pulso de alto voltaje, generado por un capacitor, en
Plantas y cultivos transgénicos
19
presencia del vector. Como consecuencia del campo eléctrico generado, la
membrana plasmática se desestabiliza, produciendo poros por los que se
produce el pasaje de macromoléculas. Se trata de un método muy eficiente
y relativamente simple, que se utiliza con mucha frecuencia. Su principal
limitante es la necesidad de contar con el equipamiento de laboratorio:
electroporador y una fuente de alta tensión.
c) Shock térmico (“freeze – thaw”): este método se basa en la
permeabilización de la membrana en condiciones extremas de temperatura
(de –186 a 37ºC), permitiendo el pasaje del vector hacia el Agrobacterium
receptor. En los métodos directos de transformación (electroporación y
shock térmico), en los cuales el vector es transferido directamente hacia la
célula receptora, la probabilidad de que el ADN se altere es mínima, en
comparación con el método de conjugación.
III) Obtención de plantas transgénicas mediante Agrobacterium.
El conocimiento de las bases moleculares del mecanismo de infección por
Agrobacterium,
y el desarrollo de técnicas de biología molecular,
permitieron desarrollar protocolos para introducir en las plantas genes
exógenos, utilizando aquella bacteria como vector. Como se ha mencionado
en los ítems anteriores, esto fue posible gracias a la obtención de vectores
derivados del plásmido
Ti ó Ri, y su introducción en linajes
de
Agrobacterium
“desarmados”, en los cuales los oncogenes fueron
eliminados.
Desde entonces, este sistema de transformación fue
ampliamente utilizado, en un gran número de especies. Algunas de las
razones que justifican su universalidad, son
la alta eficiencia de
transformación, el bajo costo operacional y la simplicidad de las técnicas. La
mayoría de los protocolos desarrollados, son una modificación del propuesto
por Horsch en 1985 para transformar discos foliares de tabaco (Nicotina
tabacum) y consta de las siguientes etapas (Figura 7):
- Infección: Consiste en el cultivo del explanto vegetal en un medio líquido
ó sólido, junto con el linaje desarmado de Agrobacterium que contiene el ó
los genes a ser introducido/s en la planta. El tiempo de cultivo puede variar
desde algunas horas, hasta varios días. En la elección del explanto debe
tenerse en cuenta la facilidad de reproducción “in vitro”. De este modo,
dependiendo de las especie y del cultivar, se han utilizado como explantos
discos foliares, segmentos de tallos o raíces, tubérculos, cotiledones,
protoplastos, embriones somáticos, etc. Generalmente se realiza una
herida en el explanto, antes o durante el contacto con la bacteria, ya que a
través de ella se liberan las sustancias que inducen a los genes de
virulencia del Agrobacterium. Durante esta etapa, se produce la unión de la
bacteria a la región donde se encuentra la herida, la inducción de los genes
de la región vir, y la transferencia del T-ADN hacia el genoma vegetal.
- Selección: En una segunda etapa el explanto es transferido a un medio de
regeneración
apropiado
conteniendo
uno
ó
más
antibióticos
descontaminantes, que permiten eliminar a las células de Agrobacterium,
que a partir de ese momento ya no son requeridas.
20
Cristina Rivas Wagner
Normalmente se adiciona al medio de cultivo un agente de selección, que es
responsable de la inhibición del crecimiento de las células no transformadas.
El efecto nocivo de este agente, en las células transformadas, es anulado
por el producto de expresión del gen marcador de selección (generalmente
una enzima). De este modo, sólo las células transformadas serán capaces
de desarrollarse en este medio de cultivo selectivo.
Debemos tener en cuenta que ningún sistema de selección es totalmente
eficiente, de modo que pueden producirse algunos “escapes” (plantas no
transformadas, que a pesar de no expresar el gen marcador, consiguen
regenerarse en presencia del agente de selección).
- Enraizamiento: Durante las semanas siguientes, los brotes resistentes al
agente de selección son aislados a medida que regeneran, y transferidos a
un medio de enraizamiento, rico en auxinas (hormonas vegetales, como el
ácido 3-indol acético, 3- indol – butírico, etc, que se caracterizan por inducir
la diferenciación de raíces).
- Rustificación: Una vez enraizados, los
brotes
transformados son aclimatados y llevados a invernáculo.
potencialmente
- Análisis molecular: Para comprobar la integración y expresión del gen
foráneo en el genoma de la planta, es necesario un exhaustivo análisis
molecular, mediante técnicas como Northern Blot, Southern Blot, Western
Blot, etc, que serán descriptas más adelante. Posteriormente, también
deben realizarse estudios genéticos de segregación, para demostrar la
estabilidad de la integración.
Figura 7: Etapas de la transformación con Agrobacterium.
Plantas y cultivos transgénicos
21
PLANTAS RESISTENTES A LOS INSECTOS: LA TOXINA DE BACILUS
THURINGIENSIS | 6
Las plantas transgénicas resistentes a insectos que se comercializan poseen
genes derivados de bacterias (Bacillus thuringensis) que codifican para
cristales de proteínas tóxicos para los
insectos. Estas toxinas son
producidas por las bacterias como protoxinas, y se activan en el tracto
digestivo de los insectos. Las toxinas activadas se ligan a receptores
específicos del tracto del insecto susceptible.
Desde hace más de 30 años se vienen utilizando para la protección de
cultivos insecticidas de aplicación foliar producidos mediante la
fermentación de la bacteria Bacillus thuringensis (Feldman, 1999). Existen
productos foliares Bt para el control de insectos lepidópteros y coleópteros.
Estos insecticidas, sin embargo, no han tenido una amplia adopción debido
a dificultades en lograr un buen control.
Las células de las plantas transformadas con el gen Bt presentan el gen y
los parámetros (promotores, procesamiento del ARN mensajero, traducción,
localización subcelular) involucrados en la expresión del mismo. Las plantas
se transforman así en “productoras de insecticida”, lo que las hace
altamente resistentes a un amplio rango de lepidópteros y coleópteros.
Desde 1995 se han aprobado varios genes Bt para el uso comercial en los
cultivos de algodón, maíz y papa. La papa tiene un gen que genera una
proteína específica contra el coleóptero “Colorado potato beatle”
(Leptinotarsa decemlineata). Para el cultivo de algodón la toxina específica
actúa sobre lepidópteros: “cotton bollworm” (Helicoverpa zea) y “pink
bollworm” (Pectinophora gosypiella). En cuanto al cultivo de maíz también
existe una proteína con acción específica contra lepidóptero “European y
southwestern corn borers” (Diatraea grandiosella) y “corn earworm”
(Helicoverpa zea).
Las plantas transgénicas Bt fueron creadas para reducir la dependencia de
los insecticidas convencionales de amplio espectro y reducir de esta forma
el impacto que éstos tienen en el ambiente por ser no específicos y en
algunos casos de gran toxicidad. Otra ventaja que presentarían es que se
reducirían los costos de aplicación de agroquímicos, lo que iría ligado a un
aumento en la producción.
Existen reportes de posibles riesgos sobre insectos benéficos (parasitoides y
predatores de insectos plaga) e insectos no blanco. Dentro de los posibles
riesgos se citan efectos sobre las larvas de parasitoides, al afectarse la
calidad del huésped. Por otro lado las larvas podrían verse directamente
expuestas a la proteína al alimentarse de tejidos contaminados.
Otro efecto negativo podría ser que las mismas no pudieran completar su
ciclo debido a la muerte del organismo huésped. Existen posiciones
encontradas con respecto a este punto, ya que se ha afirmado que el
22
Cristina Rivas Wagner
consumo de dosis subletales de la toxina por parte del huésped podría
mejorar el nivel de parasitismo, debido a que podría ver afectada su
capacidad de defenderse del parasitoide.
Los parasitoides adultos también pueden verse afectados directamente al
consumir flores y savia de plantas que producen toxinas, aunque es muy
poco probable que estas proteínas se expresen en el néctar. Además las
toxinas Bt ejercen sus efectos letales solamente sobre insectos que poseen
los receptores apropiados y las proteínas Bt que se expresan en las plantas
transgénicas son altamente específicas para Lepidóptera y Coleóptera.
La ubicación del huésped por parte del parasitoide depende de señales
olfativas, visuales y táctiles que involucran tanto al huésped como a la
planta.
Se ha postulado que la introducción de un gen foráneo podría llevar a
cambios en el perfil de compuestos volátiles por un efecto pleiotrópico o
cambios en la mutagénesis insercional. Otro efecto posible sería que la
disminución en el daño a las plantas Bt podría disminuir el atractivo de las
mismas al parasitoide.
Algo similar sucedería con los predatores en los que se han obtenido
resultados contradictorios. Los mecanismos no están claros.
A la preocupación sobre los posibles efectos en los insectos benéficos se
suma la posibilidad de aparición de resistencia por las fuertes presiones de
selección ejercidas sobre este carácter monogénico. Con la introducción al
mercado de numerosos cultivos conteniendo genes Bt, el tema del manejo
de la resistencia a insectos (IRM) ha adquirido importancia. Han surgido
programas para controlar la aparición de posibles resistencias. Entre las
medidas propuestas para lograr este objetivo se cita: a) el uso de cultivos
Bt en un programa de manejo integrado, b) una estrategia que combina
una exposición a altas dosis de la toxina asociado con plantación de refugios
de cutivos no-Bt anexos a los Bt, c) supervisión y detección de posibles
insectos resistentes en campos de productores. Sin embargo, estas medidas
no son fáciles de implementar, ya que se introducen nuevos costos al
sistema productivo. Además, hay un gran debate científico con respecto a
las superficies recomendables para las áreas refugio.
Ejemplo de cultivos genéticamente modificados para la resistencia a
insectos
·
Maíz
·
Algodón
·
Tomate
·
Papa
Plantas y cultivos transgénicos
23
El barrenador europeo del maíz (izquierda) y el gusano del copo de algodón
(derecha) son dos plagas controladas por el maíz Bt y el algodón Bt,
respectivamente.
Híbridos de maíz resistentes al gusano de la raíz del maíz
El gusano de la raíz del maíz (Diabrotica spp.) es una grave plaga en
muchas zonas de cultivo del cereal en los Estados Unidos. Daña las raíces
de las plántulas jóvenes de maíz y provoca una reducción del desarrollo y el
deficiente establecimiento de las plantas. Este insecto es el responsable de
la aplicación de la mayor cantidad de insecticida en los campos de maíz
estadounidenses. Para combatir esta plaga, se debe aplicar el insecticida
directamente al suelo, donde puede dejar residuos o provocar la infiltración
hacia el agua subterránea. Al sustituir estos insecticidas químicos, los
híbridos resistentes al gusano de la raíz del maíz pueden proporcionar
importantes beneficios en cuanto a la calidad
24
Cristina Rivas Wagner
Larva del gusano de la raíz del maíz alimentándose de una raíz joven.
Escala del daño que causan las larvas al alimentarse de la raíz, desde un
daño severo (izquierda) a ningún daño (derecha)
PLANTAS RESISTENTES A HERBICIDAS | 7
El control de la maleza es uno de los mayores retos que afronta el agricultor
al producir sus cultivos porque la maleza no controlada reduce
drásticamente el rendimiento y la calidad de los cultivos. Muchos de los
herbicidas que están en el mercado combaten sólo ciertos tipos de maleza y
están aprobados para ser usados únicamente en determinados cultivos y en
etapas específicas del desarrollo de las plantas. Los residuos de algunos
herbicidas permanecen en el suelo un año o más y los agricultores deben
prestar mucha atención a los antecedentes de aplicaciones de herbicidas en
un campo cuando planean lo que sembrarán allí.
Los cultivos tolerantes a los herbicidas pueden resolver muchos de estos
problemas porque incluyen transgenes que proporcionan tolerancia a los
herbicidas Roundup® (nombre químico: glifosato) o Liberty® (glufosinato).
Estos herbicidas son de amplio espectro, lo cual implica que matan a casi
todos los tipos de plantas excepto aquellas que tienen el gen de la
tolerancia. Por consiguiente, el agricultor puede aplicar un solo herbicida en
sus campos sembrados con cultivos tolerantes al herbicida y puede usar
Roundup y Liberty eficazmente en la mayoría de las etapas de desarrollo de
los cultivos, según se requiera. Otro beneficio importante es que esta clase
de herbicida se descompone con rapidez en el suelo, lo cual elimina el
Plantas y cultivos transgénicos
25
problema de los residuos remanentes del ciclo anterior y reduce los efectos
ambientales. Las variedades tolerantes a los herbicidas son populares entre
los agricultores porque permiten un control de la maleza menos complicado
y más flexible. Estas variedades comúnmente se comercializan como
variedades Roundup Ready® o Liberty Link®.
Ejemplos de cultivos genéticamente modificados para tolerar herbicidas:
·
Remolacha azucarera
·
Arroz
·
Maíz
·
Algodón
·
Achicoria
·
Colza (Canola)
·
Colza argentina
·
Lino
·
Tabaco
·
Soya
Parcela de soya infestada por malezas (izquierda) y soya Roundup Ready®
después del tratamiento con Roundup.
26
Cristina Rivas Wagner
PLANTAS RESISTENTES A VIRUS: ESTRATEGIAS PARA LA
PROTECCIÓN DE PLANTAS MEDIANTE INGENIERÍA GENÉTICA | 8
Los virus pueden ser eliminados de las plantas por cultivo de meristemos.
Sin embargo, es mucho más rentable prevenir la infección. No se debe
olvidar que una planta curada puede volver a ser infectada por el mismo
virus. Por lo general los agricultores siembran un mismo tipo de plantas en
una misma zona, por lo tanto la enfermedad podría que dar residente en el
suelo durante largo tiempo. Además, es inviable curar de virus a las plantas
para cada siembra.
El mecanismo de resistencia a los virus sobre todo el de reconocimiento del
blanco no es totalmente conocido.
Para limitar la infección de un virus puede provocarse una especie de
vacunación utilizando un virus parcialmente dañado, cuyos efectos son más
suaves. Las infecciones siguientes, realizadas por unidades más virulentas,
tienen problemas para desarrollarse, tanto si las provoca el mismo virus
como especies relacionadas. A este fenómeno se le denomina resistencia
cruzada.
La protección cruzada es una respuesta compleja causada por la replicación
y expresión de un genoma viral completo. La protección cruzada debida a
ingeniería genética no utiliza genomas completos.
La acumulación de proteínas de la cubierta de un virus (CP) en una célula
vegetal confiere resistencia frente al virus de procedencia y a la familia de
virus relacionados con él. La expresión de estas proteínas en plantas se
denomina “resistencia mediada por proteínas de la cubierta”
Actualmente proponen 3 estrategias para proteger a las plantas de los virus
usando la ingeniería genética:
•
Protección cruzada modificada.
•
Uso de ácidos nucleicos satélites.
•
Uso de RNA’s antisentido.
Ejemplos de cultivos genéticamente modificados con la característica de
resistencia a virus:
·
Papaya
·
Calabaza
·
Papa
Plantas y cultivos transgénicos
27
Expresión de proteínas de la cubierta y resistencia en plantas
transgénicas.
Plásmidos
derivados del Ti.
Muestran
sus
regiones comunes
Se han clonado genes de la cubierta de varios virus en vectores de
expresión de plantas usando el sistema de transformación mediado por
Agrobacterium tumefaciens el análisis de RNA se lleva acabo por
transferencia de Northern y las proteínas de la cubierta se detectan
inmunológicamente por Western. El promotor más usado es el del rRNA 35S
del CaMV.
También ha sido demostrado que las plantas de tabaco transgénicas que
expresan proteínas de la cubierta del TMV(virus del mosaico del tabaco)
muestren un descenso significativo de los síntomas desarrollados tras la
infección. Este fenómeno se ha observado con en otras plantas y con otros
virus.
En muchos casos la resistencia a los virus se entiende como un descenso en
la acumulación de virus en plantas y la reducción de las lesiones locales.
Proteína
de
la
cubierta del TMV
28
Cristina Rivas Wagner
Cuando el investigador pretende optimizar la protección cruzada sigue el
planteamiento de identificar la función de cada proteína. De esta manera
discierne entre los genes responsables del fenómeno de protección de
aquellos que codifican las proteínas causantes de los síntomas de la
enfermedad. En las plantas transgénicas se insertan los genes responsables
de la protección. Deben ser capaces de revertir la infección con virus
nativos.
Existen algunos ejemplos donde esta técnica ha tenido éxito. Veamos
algunos:
Proteínas de la cubierta del TMV fueron introducidas en plantas de tabaco
bajo el control del promotor 35S del CaMV. Los síntomas de una infección
posterior fueron más débiles que en las plantas normales. Además del 1060% de las plantas recombinantes no desarrollaron la infección.
Plantas protegidas con proteínas de la cubierta del AMV (virus del mosaico
de la alfalfa) son igualmente resistentes contra las enfermedades.
Cuando inoculamos los RNA’s de los virus AMV y TMV son tan infecciosos en
las platas que expresan proteínas de la cubierta como en aquellas que no lo
hacen.
Uso de RNAs satélites.
Se ha observado que algunas secuencias de RNA pueden mejorar los
síntomas de la enfermedad causadas por virus de RNA. Son secuencias de
pequeño tamaño que se replican y encapsulan normalmente, que no tienen
homología con el genoma principal y que no se requieren para la
propagación ni replicación del virus. Son los denominados “RNAs satélites”.
Su replicación y transmisión dependen de factores codificados en el genoma
vírico. Pueden conferir algún tipo de ventaja selectiva porque no se pierden
ni durante la proliferación ni por sección natural. La estrategia de protección
genética consiste en introducir copias en DNA del vector RNA satélite.
Parecen ser capaces de inhibir la formación de síntomas.
En uno de los experimentos que demuestran lo anteriormente dicho
transformaron plantas de tabaco con RNA satélite de CMV (virus del
mosaico del pepino) bajo el control del promotor 35S rRNA del CaMV,
usando el sistema de Agrobacterium. Tanto las plantas transgénicas como
las de control desarrollaron lesiones cloróticas en las hojas en las que se
produjo la infección. Sin embargo, las plantas control desarrollaron
síntomas de mosaico en todas las hojas invadidas sistemáticamente,
mientras que las transgénicas muestran los síntomas en las 2 o 3 hojas
invadidas sistemáticamente. En las posteriores no se producen síntomas.
Existen 3 tipos de pruebas para diagnosticar la infectividad de un virus:
Transferencia de Northern: Se usan sondas tanto par el RNA viral como
para el del RNA satélite. se pretende averiguar el efecto del satélite sobre el
genoma viral.
Inmunoensayo: para medir la abundancia de proteínas de la cubierta.
Plantas y cultivos transgénicos
29
Test de infectividad en Chenopodium amanticolor: Esta es una planta que
hospeda al CMV. En ella la formación de lesiones locales es proporcional a la
concentración de partícula biológicamente activas del virus.
Como resultado de estas pruebas se ha concluido que hay correlación entre
la reducción de los síntomas de infección y el descenso en la replicación del
virus.
Para determinar el espectro de protección de este sistema se inoculan
diferentes especies de virus en las plantas transgénicas. Solamente el
TAV(tomato aspermy virus) indujo la síntesis del RNA satélite del CMV y
redujo los síntomas. El CMV y el AMV son virus estrechamente relacionados
filogenéticamente. Sin embargo, la atenuación de los síntomas no está
relacionada ni con la reducción de la replicación del RNA genómico ni con la
reducción de la infectividad de los extractos de los tejidos. De manera
similar se ha investigado el efecto del RNA satélite del TabRV (tobacco
rinespot virus) en plantas transgénicas. Cuando el virus infecta la célula
produce un incremento drástico en la transcripción del cDNA satélite.
Cuando se encuentra con trímeros de este cDNA (por ejemplo: tres copias
del monómero situadas en tandem) se produce la reducción de síntomas.
Los trímeros son escindidos por la célula a unidades monoméricas. Sin
embargo, la introducción de monómeros no reduce los síntomas
significativamente. Esto indica que hay un efecto del número de copias de
cDNA. La protección se relaciona con el descenso en el nivel de replicación
de las partículas víricas infectivas.
Con todo esto es difícil de explicar que los síntomas del TAV pueden ser
reducidos sin la inhibición completa de la replicación del virus. La
explicación que se ha intentado dar dice que el RNA satélite interactúa con
los estadíos tempranos de la replicación del virus y los formación de los
síntomas no depende tanto de la concentración final del virus sino de su
oportuna acumulación con relación al estado de desarrollo de la célula.
Puede ser que el DNA satélite, o posibles proteínas codificadas por él,
interactúen con el RNA en el proceso de producción de los síntomas.
El RNA satélite se introduce bajo el promotor del RNA 35S del CaMV. Es un
promotor constitutivo que, sin embargo, se induce en gran manera cuando
es infectado por el virus. En la protección mediada por proteínas de la
cubierta un exceso de inóculo puede saturarla. Aquí, a más inóculo más se
induce.
El problema que puede presentar esta estrategia es que la secuencia del
gen que protege en un tipo de plantas puede ser virulenta en otras. Incluso
puede producirse una mutación que la revierta al estado virulento original
en la especie protegida.
Uso de RNA antisentido.
El RNA antisentido es aquel que puede hibridar con otra cadena de RNA
porque es complementario a ella y de sentido opuesto.
Esta técnica se usa para prevenir la traducción y consiguientemente la
replicación, empaquetamiento y transmisión sistémica del virus. Los RNAs
antisentido de varios virus han sido incorporados y expresados en plantas.
Los resultados no han sido todo lo espectaculares que cabría esperar:
30
Cristina Rivas Wagner
algunos proporcionan una protección débil frente a la infección vírica, otros
no producen protección.
Sin embargo, existe una gran cantidad de RNA antisentido de virus que no
ha sido investigado totalmente. En ellos están puestas las esperanzas de
aplicación práctica de la técnica.
Hay plantas de tabaco transgénicas ha han sido protegidas de la infección
con el virus X de la patata (CVX) mediante la expresión de RNA antisentido
contra proteínas de la cubierta. El grado de protección es comparable con el
que se obtiene cuando a estas plantas expresan la propia proteína de la
cubierta. Con ambas técnicas se redujo el número de lesiones en la hojas
inoculadas, se retrasó o desaparición la manifestación de síntomas
sistémicos y disminuyó la acumulación de virus.
Se ha demostrado que algunos tipos de RNA, incluyendo el RNA satélite del
TabRV son capaces de escindirse espontánea y específicamente. Parece que
esta reacción autocatalítica está relacionada con la presencia de ribozimas:
unas secuencias cortas de RNA particulares; Su estructura secundaria
adopta forma de cabeza de martillo. Se han podido sintetizar ribozimas
artificialmente que son capaces de eliminar las secuencias blanco que
deseemos y, por tanto, prevenir la expresión del producto codificado por
ese gen. Las ribozimas tiene dos regiones de 8 nucleótidos que son
complementarias a las secuencias que flanquean al punto de ruptura de la
secuencia blanco.
El potencial de esta técnica parece ser enorme, tanto en virología como en
el estudio de otros aspectos relacionados con la regulación genética del
metabolismo y el desarrollo.
Virus X de la patata.
Plantas y cultivos transgénicos
31
PRODUCCIÓN DE VACUNAS Y COMPUESTOS FARMACÉUTICOS EN
PLANTAS TRANSGÉNICAS | 9
Aunque las plantas se han utilizado por miles de años con fines medicinales,
ha sido recientemente que por medio de la ingeniería genética se han
utilizado como biofábricas o biorreactores para producir diversos
compuestos de interés farmacéutico. Dado que la demanda por estos
compuestos va en aumento en todo el mundo,el uso de esta tecnología
también está cada vez más extendido. Actualmente, el alto costo de
muchos compuestos farmacéuticos limita su disponibilidad y aplicación. Los
producidos en plantas transgénicas son, por el contrario, baratos para
producir y almacenar, de fácil escalamiento para producción en masa y más
seguros que los derivados de otros sistemas. En este artículo seanaliza el
avance en este campo.
El uso de reactores o biorreactores para la producción a nivel industrial de
determinadas sustancias no es nuevo.
Gran cantidad de compuestos de diversos tipos (incluyendo farmacéuticos)
se ha estado produciendo por muchos años en diversos sistemas. Esto fue
posible debido a que la mayoría de los genes de cualquier origen se puede
expresar en sistemas heterólogos. El sistema de expresión ideal sería el que
produce el material en mayor cantidad, más seguro y biológicamente más
activo con el costo más bajo. El uso de células de mamíferos modificadas
con técnicas de DNA recombinante tiene la ventaja de producir compuestos
idénticos a los naturales; sin embargo, cultivar estas células es muy costoso
y se puede realizar solamente en escala limitada.
El uso de microorganismos, tales como bacterias, permite la producción a
escala mucho mayor, pero tiene la desventaja de originar productos que no
son exactamente iguales a los de origen natural. Por ejemplo, las proteínas
que generalmente son glucosiladas (diversos azúcares unidos a la molécula)
en seres humanos no son glucosiladas por bacterias. Además, las proteínas
humanas que se expresan en altos niveles en Escherichia coli adquieren con
frecuencia una conformación artificial y son más propensas a precipitar en
forma intracelular debido principalmente a la carencia de puentes disulfuro
y a un plegamiento inadecuado.
La producción de proteínas recombinantes en plantas tiene muchas ventajas
potenciales para generar compuestos farmacéuticos de importancia en
medicina clínica.
En primer lugar, los sistemas vegetales son más económicos que la
infraestructura industrial utilizada en sistemas de fermentación o en
biorreactores. En segundo
lugar, ya está disponible la tecnología para cosechar y procesar plantas y
sus productos a escala industrial. En tercer lugar, el requisito de la
purificación del compuesto
puede ser eliminado cuando el tejido de la planta que contiene la proteína
recombinante se utiliza como alimento (como en el caso de las vacunas
comestibles, veáse más adelante). En cuarto lugar, se puede dirigir a las
proteínas recombinantes a determinados compartimientos intracelulares, o
32
Cristina Rivas Wagner
expresarlos directamente en esos compartimientos (como por ejemplo el
cloroplasto). En quinto lugar, se puede producir la proteína recombinante en
plantas a escala industrial. Finalmente, los riesgos a la salud que se
presentan por posible contaminación del producto recombinante con
patógenos humanos son mínimos. Hay dos áreas en donde esta tecnología
está teniendo un impacto importante: en la producción de anticuerpos y sus
receptores y en la producción de vacunas comestibles.
Anticuerpos en plantas transgénicas
Desde hace más de diez años, las plantas han demostrado ser sistemas
versátiles de producción para muchas formas de anticuerpos como IgG e
IgA, IgG/IgA quiméricos y otros. Las plantas tienen un gran potencial como
fuente virtualmente ilimitada de anticuerpos monoclonales baratos
(llamados ¨planticuerpos¨) para terapia humana y animal.
La mayoría de los anticuerpos expresados hasta la fecha han sido en
tabaco, aunque también se han utilizado papa, soya, alfalfa, arroz y trigo.
La ventaja principal de usar hojas (como en tabaco y alfalfa) para producir
el anticuerpo es su rendimiento. Tanto la alfalfa como el tabaco pueden ser
cosechados varias veces al año, con una producción potencial de biomasa
por año de 17 toneladas/ha y mayor que 50 toneladas/ha, respectivamente.
En contraste, la producción máxima de trigo, arroz o maíz difícilmente
rebasa las 6 toneladas/ha.
Otras ventajas del tabaco incluyen su facilidad para la manipulación
genética, la producción de un gran número de semillas (hasta un millón por
planta) y la imperiosa necesidad de explorar otros usos para este cultivo.
Los anticuerpos producidos en plantas son bastante estables tanto a
temperatura ambiente como a 4ºC. El material vegetal que contiene al
anticuerpo se puede almacenar y la purificación se puede realizar en una
planta de procesamiento que no necesita estar cerca del lugar en donde
están las plantas y se puede utilizar todo el año. Hay muchos ejemplos de
anticuerpos y sus receptores producidos exitosamente en plantas, aunque
sólo uno de éstos se ha probado en seres humanos: un anticuerpo secretor
quimérico de IgG/IgA contra un antígeno superficial de Streptococcus
mutans, el agente causal de la caries dental. Este anticuerpo producido en
tabaco fue aplicado tópicamente a los dientes de varios voluntarios y se
encontró que era tan eficaz como un IgG producido en un hibridoma de
ratón para prevenir la recolonización de las encías por S. mutans.
Para dar otro ejemplo, un anticuerpo contra el virus del herpes (HSV) fue
producido en soya y fue muy eficaz en la prevención de la infección vaginal
por HSV en ratón.
Un aspecto importante que se ha destacado de la producción de anticuerpos
en plantas es el potencial bajo costo de producción. Hay pocos estudios de
costos y por eso las estimaciones disponibles implican muchas suposiciones.
El costo de producir IgG en alfalfa crecida en un invernadero de 250 m2 se
estimó en 500-600 dólares/g, comparados con 5000 dólares/g para el
Plantas y cultivos transgénicos
33
mismo anticuerpo pero producido por hibridomas (células cancerosas en
cultivo in vitro).
Es indudable que los niveles de expresión tendrán un impacto significativo
en los costos, por ello en el nivel de expresión más alto registrado para un
anticuerpo (500 µg/g de hoja para una IgA secretada), el costo final se
estimó muy por debajo de 50 dólares/g. Esto contrasta ostensiblemente con
los costos de anticuerpo purificado obtenido por cultivo de células (1000
dólares/g) o a partir de animales transgénicos (100 dólares/g). El
componente más importante del costo de los planticuerpos será la
purificación. La expresión en gérnenes de arroz y trigo abre la posibilidad de
administración oral de algunos anticuerpos terapéuticos sin necesidad de
purificación.
Sin embargo, a pesar de todas estas ventajas, aún no se produce ningún
anticuerpo en plantas en forma comercial.
Muchos anticuerpos son sujetos a un proceso post-traduccional de
glucosilación, que es crítico para su actividad. Sólo hay un estudio publicado
en donde se analiza la glucosilación de un anticuerpo producido en plantas
con el producido en hibridomas de ratón.
Se encontró que los azúcares en el anticuerpo derivado de plantas eran
estructuralmente más diversos, siendo el 40% del tipo manosa. El otro 60%
tenía enlaces tipo ß-xilosa y ß-fucosa. Estos enlaces son típicos de plantas
pero no se encuentran en mamíferos. El ácido siálico, que representaba el
~10% del contenido de azúcar del anticuerpo monoclonal de ratón, no se
encontró en el anticuerpo de plantas. Sin embargo, estas diferencias en
estructura parecen no tener ningún efecto sobre la unión al antígeno o
sobre la afinidad in vitro y pudieran, igualmente, no ser importantes in
vivo. Un IgG producido en alfalfa tuvo una vida media en suero en ratones
Balb/c similar a la de un anticuerpo producido en hibridomas.
Aunque existe una cierta preocupación por la inmunogenicidad potencial y
la capacidad alergénica de los planticuerpos, es probable que éstos no
presenten problemas para la mayoría de la gente porque las glucoproteínas
de plantas son ubicuas en la dieta humana.
En este sentido, no hubo evidencia de reacción alérgica a un anticuerpo
humano antiratón (HAMA) en 60 pacientes que recibieron la aplicación oral
tópica de IgA secretora específica para S. mutans.
Vacunas comestibles
La producción de diversos antígenos en plantas transgénicas es un hecho
demostrado desde hace años.
El interés para hacer estos experimentos fue que determinadas proteínas
inmunogénicas clave del patógeno se podrían sintetizar en plantas y
después usar el tejido vegetal como vacunas comestibles en seres humanos
34
Cristina Rivas Wagner
o en animales. Se ha demostrado que esta idea es totalmente viable usando
diversas proteínas bacterianas y virales.
Actualmente, la vacunación en gran escala enfrenta una serie de
dificultades: por un lado los altos costos de las vacunas y por el otro el
riesgo de que la distribución en lugares remotos y de difícil acceso no sea
adecuada.
La mayoría de las vacunas disponibles se aplican por vía parenteral
(inyecciones). La Organización Mundial de la Salud ha recomendado en
diversas ocasiones buscar alternativas para sustituir a las inyecciones,
debido a que se ha encontrado en algunos países que hasta un 30% de las
inyecciones se realizan con jeringas no estériles.
Considerando el grave problema del SIDA, este hecho es de gran
relevancia. La aplicación de vacunas vía oral es una muy buena alternativa
para las vacunas vía parenteral, en gran parte por razones de bajo costo y
fácil administración. Asimismo, con las vacunas orales se incrementa la
probabilidad de adquirir inmunidad en mucosas contra los agentes
infecciosos que entran al cuerpo a través de una superficie mucosal.
Una preocupación importante con las vacunas orales es la degradación de
los antígenos en el estómago e intestino antes de que puedan inducir una
respuesta inmune. Para protegerlos de la degradación se han desarrollado
varios métodos. Entre éstos se encuentran el uso de cepas recombinantes
de microorganismos atenuados (v.
gr. Salmonella), de vehículos de
bioencapsulación, tales como liposomas, y finalmente las plantas
transgénicas. En los primeros trabajos con vacunas derivadas de plantas se
utilizaron el tabaco y la papa.
En teoría, la especie ideal para expresar los antígenos debería consumirse
en fresco y tener altos niveles de proteína soluble; en este sentido, frutos
como el plátano y el jitomate o, alternativamente, los cereales, son
sistemas convenientes para este fin.
Algunos ejemplos que ilustran la variedad de antígenos expresados en
plantas transgénicas se dan en la tabla .
Los antígenos derivados de plantas han inducido respuestas inmunes a nivel
de mucosas y de suero cuando han sido administrados tanto con
inyecciones como por vía oral en animales de laboratorio y, en varios
experimentos, los han protegido contra el patógeno.
De la misma manera, se han realizado exitosamente varias pruebas clínicas
con voluntarios humanos en las cuales los antígenos consumidos por vía
oral en tejido vegetal fueron capaces de inducir una respuesta inmune
significativa.
Por esta razón se considera que las vacunas preparadas en plantas tienen
un gran potencial. La bioencapsulación de la subunidad B de la toxina lábil
de Escherichia coli en maíz transgénico indujo una fuerte respuesta inmune
Plantas y cultivos transgénicos
35
en ratones, en comparación con la alcanzada con el antígeno desnudo que
fue más débil.
Probablemente, esto se debió a que el antígeno estaba protegido contra la
degradación en el intestino.
La cantidad de tejido vegetal que constituya una dosis de vacuna debe ser
pequeña. Por ello, es muy importante alcanzar altos niveles de expresión
del antígeno en el tejido vegetal. Se han utilizado diferentes estrategias
para aumentar los niveles de expresión de los transgenes; por ejemplo,
utilizando diversas señales de regulación de la expresión genética, así como
optimizando el uso del codones.
Los niveles de expresión se podrían también elevar a través de cruzas de
líneas transformadas con líneas establecidas y bien caracterizadas,
estrategia que se ha aplicado con éxito para aumentar la producción de
proteína total en maíz. Es también importante que cualquier antígeno esté
presente en su forma nativa en el tejido vegetal. Esto normalmente se
evalúa examinando el tamaño de la proteína sintetizada, su capacidad de
formar las estructuras adecuadas (por ejemplo, partículas tipo virus) y,
cuando sea relevante, su actividad enzimática o de unión a un receptor.
La estabilidad de las proteínas heterólogas y el ensamblaje de estructuras
multiméricas dependen en buena medida de la localización subcelular.
Hasta ahora, los principales lugares en donde se han expresado antígenos
son la superficie celular, el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi.
Estos sitios han permitido la producción de antígenos funcionales; sin
embargo, hay sugerencias para probar otros compartimientos celulares,
como por ejemplo el cloroplasto.
Una estrategia relacionada con la de vacunas comestibles utiliza a plantas
transgénicas que expresan autoantígenos, por lo que una dosis oral de un
auto-antígeno puede inhibir el desarrollo de una enfermedad autoinmune a
través del mecanismo de tolerancia. Este enfoque ha sido utilizado
exitosamente en un modelo de diabetes en ratón.
Actualmente en la Unidad Irapuato se trabaja en la producción de plantas
transgénicas, principalmente de plátano y jitomate, que contengan diversos
antígenos con la idea de generar vacunas comestibles. Los antígenos con
los que se trabaja van desde diversos epítopos de Plasmodium falciparum,
hasta antígenos de rotavirus, hepatitis B, HIV-SIDA y algunos antígenos de
cáncer. Sin embargo, a diferencia de otros grupos que también trabajan en
esta área, en el laboratorio se intenta inducir una respuesta inmune de tipo
celular; específicamente, se utilizan como coadyuvantes moléculas de
citocinas y quimiocinas que induzcan de preferencia interferón γ. Esta
estrategia ya ha sido utilizada anteriormente, aunque no con plantas ni por
vía oral, sino por vía parenteral. De esta manera, se espera no solamente
inducir una respuesta inmune, sino influir en el tipo de respuesta. En los
trabajos publicados, por lo regular se ha inducido una respuesta inmune de
tipo hormonal, que no siempre es la más efectiva contra infecciones
parasitarias o virales.
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Cristina Rivas Wagner
PRODUCTOS TRANSGÉNICOS DEL FUTURO | 10
El tomate
Como el tomate es una de las hortalizas más populares en el mundo, se ha
visto beneficiado por una larga historia de mejoramiento genético, que
continúa en la era transgénica. El licopeno, un componente natural del
tomate, es un factor nutricional relacionado con la vitamina A. Se están
investigando técnicas transgénicas para producir variedades de tomate con
un mayor contenido de licopeno. Otra característica de interés es la
maduración tardía. Los tomates que maduran con más lentitud pueden
permanecer en la mata por más tiempo y adquirir mejor sabor, en
comparación con las variedades comerciales que se cosechan cuando están
verdes. El tomate Flavr-Savr®, una de las primeras variedades de cultivos
transgénicos aprobadas, era una variedad de maduración tardía. Como la
característica había sido incorporada en una variedad cuyo desempeño era
deficiente en otros aspectos, no fue un éxito comercial.
Los suelos salinos son un problema creciente en muchas partes del mundo.
Muchas plantas de cultivo, incluidos los tomates, mueren a causa del
contenido elevado de sales en el suelo y en el agua de riego. El desarrollo
de un tomate tolerante a la sal ofrece la posibilidad de cultivar esas
hortalizas en tierras anteriormente no aptas para la agricultura. Científicos
de la Universidad de California y la Universidad de Toronto han desarrollado
una planta de tomate que puede tolerar concentraciones elevadas de sal y
que retiene la sal en sus hojas, de tal modo que el fruto no tiene un sabor
salado. Se estima que pasarán tres años antes de que estén disponibles en
el mercado los tomates tolerantes a la sal.
El mejor contenido nutricional y la maduración tardía son características
transgénicas de interés en los tomates.
Plantas y cultivos transgénicos
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Dos plantas de tomates inoculadas artificialmente con la enfermedad del
moteado bacteriano. La planta de la izquierda ha sido manipulada
genéticamente con un gen para la resistencia a la enfermedad y la planta
de la derecha es una variedad sensible, no manipulada.
El arroz dorado
Millones de personas en el mundo sufren carencia de vitamina A, que
conduce a deterioro de la visión y una mayor sensibilidad a la diarrea, las
enfermedades respiratorias y el sarampión. El arroz es un alimento básico
en muchos países, en particular en Asia, pero no contiene vitamina A o sus
precursores inmediatos. Mediante la inserción de dos genes del narciso y un
gen de una especie bacteriana en plantas de arroz, investigadores suizos
han producido arroz capaz de sintetizar betacaroteno, el precursos de la
vitamina A. Esta variedad de arroz está siendo cruzada ahora con
variedades adaptadas y posiblemente se harán ensayos sobre el terreno en
uno o dos años
Desarrollo de granos de arroz.
La canola
La canola es un importante cultivo oleaginoso. La investigación transgénica
se ha concentrado en mejorar la calidad del aceite de canola aumentando el
contenido de vitamina E o modificando el balance de ácidos grasos.
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Cristina Rivas Wagner
La meta de la investigación transgénica en el caso de la canola son los
aceites mejorados desde el punto de vista nutricional.
Mejor césped para los jardines y las áreas de recreación
Existe una serie de problemas ambientales asociados con el uso actual del
césped, que incluyen:
•
•
•
la cantidad de sustancias químicas aplicadas (fertilizantes, herbicidas,
fungicidas y hasta tinturas);
la gran cantidad de agua necesaria para mantener saludables los
prados, en particular en el oeste;
la energía requerida para cortar el césped.
Las nuevas variedades transgénicas de césped resolverán algunos de estos
problemas al incorporar genes para la tolerancia a los herbicidas, resistencia
a las enfermedades y los insectos, menores tasas de crecimiento (que
implican menos necesidad de cortar el césped) y tolerancia a la sequía, el
calor y el frío. Los primeros de esos productos que llegarán al mercado
probablemente serán las variedades Roundup Ready® de pasto azul de
Kentucky, de la gramínea Agrestis palustris y de la hierba de búfalos. El
control de la maleza en los prados sembrados con estas variedades se
puede lograr con el herbicida Roundup, que es más benigno para el medio
ambiente que los herbicidas actualmente usados, como el 2,4-D.
El girasol
Se están investigando una característica de resistencia a las enfermedades,
otra de resistencia a las plagas y una más de resistencia a los herbicidas,
pero no hay actualmente en el mercado ninguna variedad comercial con
esas características. El moho blanco (Sclerotinia) es un problema grave
para los productores de girasol en ciertas zonas. La resistencia a esta
enfermedad permitiría expandir la superficie en la que se puede cultivar el
girasol y mejorar el rendimiento en las zonas actualmente cultivadas. No se
espera contar con una variedad comercial antes del 2005. También se
investiga la resistencia a la oruga de Argentina, un insecto que come las
hojas de la planta de girasol. Se han efectuado algunas investigaciones
sobre el desarrollo de girasol que pueda tolerar el rociamiento con el
herbicida Roundup. Esta característica permitiría a los agricultores rociar
sus campos para combatir las malezas sin matar el cultivo.
Plantas y cultivos transgénicos
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Campo de girasoles.
El café y el té
Ahora se elabora café descafeinado tratando los granos de café para
eliminar la cafeína. Uno de los métodos emplea solventes orgánicos para
extraer la cafeína, lo cual genera en algunos consumidores la preocupación
de que quedarán residuos de los solventes en el café que beben. Otros
métodos son criticados por eliminar algunos componentes apreciados que
producen sabor junto con la indeseable cafeína. Un científico en Hawai y
otro en Escocia han identificado distintos genes que conducen a la
producción de cafeína en los granos de café y las hojas de té. Si se pudieran
"anular" esos genes en algunas plantas, se podrían obtener plantas de café
y de té que generarían productos descafeinados en forma natural, con todo
su sabor y aroma.
La cosecha de los granos de café exige actualmente muchos recorridos a
través de las plantaciones porque los granos maduran en momentos
diferentes. Un científico en Hawai está desarrollando un método para lograr
que todos los granos maduren al mismo tiempo, de tal modo que los
recolectores puedan cosechar todos los granos en un sólo recorrido por la
plantación.
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Cristina Rivas Wagner
Bayas del cafeto, llamadas "granos", madurando en el árbol.
Las uvas y el vino
La vid (Vitis vinifera) es sensible a varias enfermedades que reducen la
cantidad y la calidad de las uvas para vino y de mesa o, incluso, matan la
viña. Los genes que confieren resistencia a determinadas enfermedades
reducirían el costo de combatir esas enfermedades en los viñedos.
Investigadores de la Universidad de Florida han patentado un método para
producir vides portadoras de un gen del gusano de seda que proporciona
protección contra la enfermedad de Pierce, una enfermedad bacteriana letal
que afecta las vides y varias otras plantas.
Uvas en maduración.
Plantas y cultivos transgénicos
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El tabaco
Se cultiva en la actualidad tabaco exento de nicotina para la proyectada
introducción de cigarrillos sin nicotina. Los intentos anteriores para obtener
productos con un bajo contenido de nicotina eliminaron parte del sabor
junto con la nicotina. El tabaco genéticamente manipulado exento de
nicotina no sintetiza la nicotina en la hoja.
Tabaco
Los árboles
Se han transformado árboles como el álamo, el álamo temblón y el abeto
con diversos genes para obtener resistencia a los insectos, tolerancia a los
herbicidas y cantidades más altas del producto comercial. Por ejemplo, la
reducción del contenido de lignina del árbol puede facilitar la recuperación
de la pulpa de la madera.
Entre las especies de árboles transgénicos que se están ensayando
actualmente se incluyen:
•
•
•
•
•
Álamo: tolerancia a los herbicidas resistencia a los insectos.
Eucalipto: tolerancia a los herbicidas.
Álamo temblón: menos lignina.
Liquidámbar: tolerancia a los herbicidas.
Abeto blanco: resistencia a los insectos.
42
Cristina Rivas Wagner
CONCLUSIÓN | 11
Si durante la última década del siglo pasado las grandes fortunas se crearon
en la informática, las telecomunicaciones y en internet, durante las
primeras décadas del presente siglo, el conocimiento y los medios para el
control del código genético será un factor decisivo de la economía mundial y
una fuente de conocimientos para la conservación o la destrucción de la
vida en nuestro planeta. En general, habrá cambios importantes en la
agricultura de los países desarrollados, un progreso relativo en aquellos en
vías de desarrollo, que sean capaces de asimilar racionalmente las nuevas
tecnologías y un desarrollo paulatino de la conciencia social, producto de un
proceso muy contradictorio a lo largo del cual los científicos ocuparán un
lugar decisivo en la función social de su trabajo. Al constituir el
conocimiento biológico un centro de la economía y ser centro de la vida, se
modificará la frontera actual en la responsabilidad técnica y la
responsabilidad social del trabajo de los científicos. En correspondencia con
estas necesidades, el derecho internacional tendrá que evolucionar en
materia de propiedad intelectual y de conservación ambiental. Sólo así los
conocimientos y las nuevas tecnologías que surjan en este campo podrán
constituir un factor de progreso para la Humanidad.
Plantas y cultivos transgénicos
ANEXOS | 12
Ventajas y desventajas de las plantas transgénicas
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Cristina Rivas Wagner
Cronología de las plantas transgénicas
1970 Se planteó la hipótesis de que la enfermedad de las plantas
denominada agalla del cuello podría ser producida por la transferencia de
material genético entre una bacteria, Agrobacterium tumefaciens y
células vegetales.
1973 Schell anunció el descubrimiento en cepas de Agrobacterium
tumefasciens de un plásmido de un tamaño jamás observado hasta
entonces y que el plásmido llamado Ti (del inglés Tumour inducing) es
portador del carácter patógeno.
1981 E. Schnepf y H. Whiteley aislaron el primer gen que codifica una
proteína insecticida.
1983 M.D. Chilton introdujo en la planta del tabaco un gen bacteriano
que confería resistencia al antibiótico cloramfenicol, obteniendo las
primeras plantas transgénicas.
1987 Se aplica el método del microcañón o cañón de partículas ideado
por Sanford y Wolf
1988 Mediante la técnica de los protoplastos se consiguió por primera vez
cereales transgénicos.
1996 Las investigaciones culminaron con la entrada en el mercado de
plantas transgénicas (algodón, patata y maíz) resistentes a insectos.
1997 Hasta este año se habían realizado unos 3650 experimentos de
campo con cultivos transgénicos y con resultados positivos.
Plantas y cultivos transgénicos
Agrobacterium tumefaciens y transferencia del TI
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46
Cristina Rivas Wagner
Artículo: Apoyo para la investigación con plantas transgénicas.
Plantas y cultivos transgénicos
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BIBLIOGRAFÍA | 13
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http://www.agrobio.org/index.php
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información ecuánime y vínculos con otros recursos relacionados con la
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