Plantas transgénicas

En un sentido amplio, podría decirse que la Mejora de Plantas se remonta a los tiempos más antiguos mediante la aplicación intuitiva de procesos de selección. (Ejemplo 1)

Los orígenes de la Genética están íntimamente relacionados con la investigación de los hibridistas experimentales de plantas. A partir del redescubrimiento de las leyes de Mendel, la aplicación de los conocimientos genéticos impulsó el desarrollo de la Mejora.

La Mejora Genética de Plantas tiene como fin último obtener los genotipos que produzcan los fenotipos que mejor se adapten a las necesidades del hombre en unas circunstancias determinadas. Aspectos parciales de ese objetivo final son:

Aumentar el rendimiento:

• Mejora de productividad, aumentando la capacidad productiva potencial de los individuos.

• Mejora de resistencia, obteniendo genotipos resistentes a plagas, enfermedades y condiciones ambientales adversas.

• Mejora de características agronómicas, obteniendo nuevos genotipos que se adaptan mejor a las exigencias y aplicación de la mecanización de la agricultura.

Aumentar la calidad:

• Mejora de calidad, atendiendo, por ejemplo, al valor nutritivo de los productos vegetales obtenidos.

• Extender el área de explotación, adaptando las variedades de las especies ya cultivadas a nuevas zonas geográficas con características climáticas o edafológicas extremas.

• Domesticar nuevas especies, transformando a especies silvestres en cultivadas con utilidad y rentabilidad para el hombre.

Los métodos convencionales de la Mejora han sido los cruzamientos y la selección complementados en ocasiones con técnicas citogenéticas y de mutagénesis artificial. Sin embargo, mediada la década de los ochenta se inició la aplicación de la ingeniería genética molecular en la Mejora mediante la utilización de plantas transgénicas.

La ingeniería genética molecular ha sido considerada como una poderosa herramienta adicional para la agricultura, ya que en 1983 se demostró por primera vez que era posible transferir un gen extraño al cromosoma de las células vegetales de plantas intactas, siendo así plantas transgénicas, por que se les introdujo un nuevo gen que constituye parte de su genoma. Este nuevo gen les confiere una característica que antes no poseían, la que puede ser transmitida a las generaciones siguientes.

Esta técnica se ha refinado y constantemente se perfecciona, para permitir trabajar en distintos grupos y lograr una transformación más estable. Es posible hoy introducir en una planta genes provenientes no sólo de otras plantas, sino de cualquier otro organismo, virus, bacteria, animal o levadura.

Transformación vegetal

Una técnica para la transformación de una planta debe permitir la “creación” de organismos que incorporen y expresen una secuencia extraña de ADN dentro de su genoma. Más específicamente, el sistema de transformación deberá permitir:

• Introducción de la(s) secuencia(s) e integración estable al genoma.

• Selección eficiente de las células transformadas.

• Regeneración completa de plantas que expresen los genes deseados.

Actualmente se utilizan métodos de transformación con un sistema de introducción de ADN por vectores biológicos, principalmente Agrobacterium tumefaciens, o directamente, por bombardeo con partículas, ya sea por microinyección, electroporación o mediada por glicol polietilénico (PEG).

Transformación por Agrobacterium.

Agrobacterium tumefaciens es una bacteria presente en el suelo que causa la enfermedad conocida como “agalla”, caracterizada por el crecimiento de tumores en los tejidos vegetales. Agrobacterium tumefaciens es el único organismo natural capaz de transformar genéticamente una célula vegetal, utilizando un sistema para la trasferencia e integración de genes altamente evolucionado. Se sabe que los crecimientos tumorosos son el resultado de la integración estable en el genoma vegetal de un segmento de ADN, denominado ADN-T (ADN transferido), proveniente de un plásmido, el plásmido Ti (“tumor-inducing”), el cual está presente en un pequeño porcentaje de las poblaciones naturales de A. tumefaciens.

El ADN-T está delimitado por repeticiones directas de 25 pares de bases, y cualquier ADN entre estos bordes será transferido al ADN de la célula vegetal. Este ADN puede integrarse en diferentes lugares en el cromosoma vegetal y cuando se usa con fines prácticos para lograr la transformación arbitraria de una planta, es deseable que esta integración sea de un bajo número de copias. El ADN-T contiene genes que codifican para las hormonas vegetales auxina y citocinina, reguladores de crecimiento responsables del fenotipo tumoroso, y para metabolitos conocidos como opinas, los cuales son usados por Agrobacterium como fuente de carbono y nitrógeno. Para lograr esta transcripción, el ADN-T contiene secuencias eucarióticas de control como las cajas TATA y CAAT y señalas vegetales de poliadenilación.

La transferencia del ADN-T al ADN vegetal está mediada por una región grande del plásmido Ti conocida como el locus vir (por virulencia). La proteína virA detecta los compuestos fenólicos secretados por las células heridas y provoca la fosforilación de la proteína virG, la cual a su vez provoca una cascada de transcripción de las demás proteínas vir, que se encargan, a través de un proceso aún no completamente caracterizado, de la transferencia e integración del ADN-T. (Ver imagen A)

Imagen A

Transformación por bombardeo con partículas.

El ADN se introduce en protoplastos (células desprovistas de la pared celulósica por medios enzimáticos o químicos) utilizando el polietilenglicol o la electroporación. También se puede introducir el ADN en las células por bombardeo con microproyectiles (biobalística).

La “biobalística” es una técnica basada en principios físicos que permite literalmente disparar genes a las plantas. Para ello, el ácido nucleico que codifica los genes de interés se deposita en minúsculas partículas de oro u tungsteno, las que posteriormente son impulsadas por una fuerte columna de un gas (generalmente helio), hasta impactar los tejidos blanco de la especie a transformar. De esta manera, al penetrar las micropartículas la célula blanco, estas alcanzan el núcleo y depositan el ADN que portan transformando la célula con un nuevo gen.

Las ventajas del bombardeo de partículas, además de la sencillez y velocidad comparativas del proceso, podemos mencionar que se ha logrado introducir hasta 12 plásmidos separados y 600 kilobases de ADN. Algunos problemas asociados con la biolística como método para la transformación vegetal, incluyen la frecuente integración de múltiples copias de los transgenes y la dificultad de superar la etapa de expresión transiente y lograr integración estable. (Ver imagen B)

Ambos procedimientos de transformación Agrobacterium o biobalística se realizan sobre pequeñas secciones de plantas, que luego de transformadas deben ser regeneradas a plantas completas en un medio cultivo apropiado.

Aplicaciones.

La utilidad que las plantas transgénicas tienen está dada por el producto del gen transferido que codifican. Es decir, si una planta expresa una proteína que degrada o metaboliza un herbicida, ésta será resistente a él. Del mismo modo si una planta expresa una enzima que antes no tenía, cobra importancia por el nuevo metabolito que produce. Inicialmente las plantas transgénicas producidas han apuntado a conferir resistencia a insecto, virus, bacterias y hongos, todos patógenos determinantes de la productividad de la planta. Igualmente, la tolerancia a herbicidas y el retraso en la maduración de frutos, son otros caracteres que también ya se han modificado en las plantas.

Ejemplos de genes utilizados y carácter conferido en plantas transgénicas.

Tipo de gen utilizado en transgénesis	Carácter que confiere a la planta
Toxina de Bacillus thuringensis	Resistencia a insectos.
Proteína de la cubierta viral	Resistencia a virus.
Quitinasas, glucanasas de plantas y otros organismos.	Resistencia a hongos.
Lisozima humana y de cerdo. Otros péptidos bactericidas.	Resistencia de bacterias.
Genes cuyos productos afectan la biosíntesis de aminoácidos, o la fotosíntesis.	Resistencia de herbicidas.
Genes cuyos productos afectan a la biosíntesis.	Retraso maduración de frutos del etileno, o la formación de pared celular.

Manipulación genética de flores:

• Pigmentación de flores.

Continuamente se están desarrollando nuevas variedades de flores con vistosos colores. El mejoramiento genético convencional, aunque ha permitido generar centenas de flores de diferentes formas y colores, en general, no permite que se puedan cruzar plantas de distintas especies.

Ejemplo.

• Sexo de plantas.

Las flores representan la estructura que produce y contiene los gametos responsables de la reproducción sexual de las plantas. Por ello, la manipulación genética de las estructuras reproductivas de las flores permiten determinar el sexo de las plantas. Actualmente, se conocen numerosos genes responsables del desarrollo de estructuras masculinas, femeninas, de pétalos y sépalos de la flor.

Ejemplos.

Modificación genética del contenido nutricional de plantas.

• Polisacáridos.

Las plantas son una de las fuentes más importantes de polisacáridos en la naturaleza. Ellas producen el almidón, para promover el crecimiento del próximo año o para la nueva planta en desarrollo. Otro polisacárido que las plantas producen es la celulosa, la que cumple una función estructural de sostén de los tejidos, y que constituye uno de los principales componentes de la madera en plantas leñosas.

Ejemplo.

Modificación del gusto y apariencia de alimentos.

• Dulzor de frutos.

Para la industria alimenticia es una ventaja que ciertos alimentos puedan ser intrínsecamente más apetitosos. A partir del fruto de una planta africana (Dioscorephyllum cumminsii) se identificó la proteína Monelina, que es aproximadamente 100.000 veces más dulce que la sacarosa (azúcar).

Se postuló la Monelina como posible sustituto de la sacarosa.

Ejemplo.

Plantas como biorreactores.

Las plantas crecen fácilmente y pueden generar gran cantidad de biomasa en corto tiempo. Basándose en esa característica se está evaluando el uso de plantas transgénicas para la producción comercial de proteínas y diversas sustancias químicas.

Ejemplo.

En el ámbito nacional e internacional existen detractores del uso o consumo de plantas transgénicas, principalmente lideradas por organizaciones de gubernamentales y grupos ecologistas. Las razones que ellos aducen se basan en que las plantas transgénicas implican un potencial o real riesgo para la salud y el ambiente. Las evidencias científicas que apoyan esos postulados no son muchos, no obstante, es importante y válido señalar cuáles son estas razones y sus supuestos científicos. En general, son tres los argumentos de mayor controversia y reticencia al respecto.

• Daño a la salud:

Son dos las evidencias rescatables que sustentan esta postura:

En un trabajo cuyo objetivo era incrementar el valor nutricional en el poroto de soya, se utilizó el gen de una proteína rica en metionina obtenida de la nuez de Brazil, para producir soya transgénica. Los resultados mostraron que las plantas transgénicas producidas tenían la capacidad de inducir alergia al ser humano y por ello éstas no fueron liberadas.

Pusztai y su grupo evaluaron plantas transgénicas de papas que expresaban una lectina (un tipo de proteína) en ratón. Al alimentar los ratones con las papas, concluyeron que estas indujeron daño en el tracto digestivo y alteraciones en el sistema inmune de los ratones.

Cabe destacar que estos son experimentos que no necesariamente deban practicarse en personas, y menos si estos causan algún daño en ellos.

• Pérdida de la biodiversidad.

Fuerte crítica hacen los ambientalistas a la capacidad que podrían tener las plantas transgénicas de remplazar la flora nativa. Su temor se basa en la observación demostrada de que el polen puede ser diseminado por insectos o el viento sobre 60 metros de una plantación. Este hecho deja abierta la posibilidad que polen transgénico pueda polinizar una planta no transgénica y transmitirle su gen sin control. De este modo, se podrían crear super maleza resistente a herbicidas, si el polen portara por ejemplo genes de resistencia a ellos. No obstante, cabe destacar que las plantas transgénicas tiene la misma capacidad de transmitir mediante el polen un gen a su descendencia que una planta no transgénica.

El polen transgénico en ningún caso polinizará plantas de cualquier especie.

Implicancias para Chile de la liberación de plantas transgénicas.

El reciente acuerdo internacional sobre Bioseguridad, conocido como “Protocolo de Cartagena” será la instancia que velará por el movimiento de organismos transgénicos. Este protocolo que debe ser ratificado en Chile por el congreso, regulará el movimiento transfonterizo de organismos vivos transgénicos, como también de aquellos procesados destinados a alimentación o forraje. Según este protocolo, se deberá pedir autorización al país importador, para que un organismo modificado pueda ingresar a su territorio. Por lo que ya se ha reflejado en una disminución de la superficie de cultivos transgénicos principalmente en países del hemisferio norte, y también en una disminución de los recursos destinados a investigación y desarrollo de la biotecnología vegetal en la comunidad Europea.

Países del continente americano y asiático en que su legislación les permite la comercialización de productos transgénicos, los siguen utilizando aunque en menor superficie cultivada.

El parlamento europeo aprobó el cultivo de alimentos transgénicos, siguiendo las directivas del “Protocolo de Cartagena”.

India y China han adoptado una tendencia mucho más liberal que Europa al respecto.

Siendo Chile el principal exportador de fruta del hemisferio sur, el sector frutícola es otra área altamente sensible a la liberación de plantas transgénicas. La fruticultura chilena destinada a exportación, se basa en producir en contra estación. Ello nos permite exportar en época en que en el hemisferio norte no hay producción de fruta fresca. La manipulación genética de las plantas y de la fruta, permitiéndoles retrasar significativamente su período de maduración, y además tolerar períodos más largos de almacenamiento a bajas temperaturas, desde luego que podría afectar las exportaciones frutícolas del país, si se permite en el futuro que se comercialice fruta transgénica.

Conclusión.

Los biólogos moleculares cuentan hoy con una serie de métodos y sistemas experimentales, sencillos y baratos, que apenas han empezado a producir conocimientos.

La transformación vegetal está todavía en su infancia. Si bien la metodología ha avanzado mucho en el sentido de lograr la transformación estable de cada vez más especies, los mecanismos moleculares detrás de la integración y expresión de genes extraños en el genoma vegetal siguen siendo prácticamente desconocidos.

Toda tecnología implica riesgos y efectos colaterales, y estos se multiplican cuando la tecnología es usada a gran escala. La definición y la percepción de este riesgo, sin embargo, pueden variar según la conciencia, los valores y las motivaciones de cada individuo. Es por esto, que no debemos ignorar los aspectos éticos que percuten estos temas en la sociedad, ya que como para muchos científicos estos adelantos son para la mejora y bien estar de la humanidad, para muchos otros puede ser una forma de alterar nuestro ecosistema.

A mi parecer personal, pienso que técnicas como las que se aplican en organismos transgénicos, especialmente plantas, son a beneficio de todos nosotros, ya que como se ha podido observar a lo largo de este informe, las técnicas que usa la ingeniería genética son sólo para mejorar nuestra calidad de vida, ya sea mejorando nuestros recurso alimenticios, o bien, buscándoles un sentido útil a estos nuevos conocimientos.

Bibliografía.

Plantas transgénicas: Una realidad del siglo 21, articulo publicado por la Facultad de Ciencias Biológicas. Pontificia Universidad Católica de Chile.

http://www.amc.unam.mx/Noticias/transgenicos.html

http://mir.rodriguez.org/transgenic.htm

http://www.udec.cl/~jhuenuma/plantas.htm

http://cerezo.pntic.mec.es/~jlacaden/Ptransg0.html

Introducción.

Los alimentos modificados genéticamente son una realidad que se han introducido en nuestra vida sin darnos cuenta.

Mediante la ingeniería genética han podido modificarse las características de gran cantidad de plantas para hacerlas más útiles al hombre, son las llamadas plantas transgénicas, de las cuales nos informará este trabajo.

En el informe veremos las distintas técnicas de modificación genética que se ocupan para crear plantas transgénicas, también su aplicación y aceptación en el mundo y en nuestro país.

Este trabajo pretende poner en conocimiento del que lo lea una serie de información, y así el interesado pueda tener su opinión sobre este tema, ya que es un tema que no sólo requiere de un aceptamiento científico, sino también una aceptación ética debido a la manipulación de material genético que se aplica en seres vivos, en este caso, las plantas.

¿Alguna vez imaginaste que al transferir un gen extraño al genoma de un fruto, este pudiese tomar un mejor sabor u apariencia?.

El descubrimiento hecho en la «Cueva de los murciélagos» de Méjico donde se encontraron restos de mazorcas de maíz correspondientes a estratos geológicos sucesivos que mostraban un aumento gradual de tamaño correlativo con la sucesión cronológica. Estos hechos indican sin duda alguna que el hombre del Neolítico, haciendo uso de su inteligencia racional, aplicaba ya un proceso de selección en el maíz que cultivaba.

(Ejemplo 1)

Los científicos han aprovechado la capacidad de esta bacteria de transferir genes y han modificado el Agrobacterium permitiendo que estas cepas de laboratorio ahora no induzcan la información de tumores sino que sólo transmitan genes de interés agrícola, no patogénicos a la planta.

Biobalística

Es impulsada para alcanzar el núcleo de la célula blanco y depositar el ADN en la planta.

Partícula de oro que contiene el ácido nucleico que codifica los genes de interés.

Imagen B

Los fitomejoradores no han podido generar claveles negro o rosas azules, pero sin embargo, mediante ingeniería genética se ha podido modificar el color de las flores al afectar la biosíntesis de antocianinas, pigmentos que le dan el color.

Actualmente, tulipanes, rosas, crisantemos y claveles se están transformando para modificar sus colores.

La posibilidad que actualmente existe de manipular el sexo para muchas plantas, permitirá a futuro controlar más eficientemente los eventos de polinización entre plantas.

Podría también afectar positivamente la producción de fruta y de semillas, sabiendo con antelación cuáles serán plantas dadoras o receptoras de polen en una plantación.

Por la relevancia que los polisacáridos tienen en la planta, éstos están siendo foco de exhautivos estudios. Actualmente, se están desarrollando plantas transgénicas que expresan un polisacárido específico, natural o modificado, así como también incremento de su producción en ciertos tejidos.

Se identificó el gen de esta proteína y se produjeron plantas transgénicas de tomate y de lechuga. Resultados preliminares mostraron alta expresión de Monelina en frutos de tomates y hojas de lechuga, demostrando una nueva vía para incrementar o modificar el dulzor en frutos y otros alimentos.

En ensayos de pequeña escala, se han utilizado plantas transgénicas para la producción de anticuerpos monoclonales, fragmentos funcionales de anticuerpos, y de polímeros de polyhidroxibutirato, el que puede ser utilizado como plástico biodegradable.

Colegio Santa Elena

C.M.T