La
ingeniería genética permite, mediante la introducción de un gen o
la modificación o inactivación de su expresión, estudiar el papel
de dicho gen en la vida de la planta (germinación, desarrollo,
crecimiento, floración) con la consiguiente mejora en la gestión y
utilización de éstas. Antes del desarrollo de la ingeniería
genética (I.G.) la manera de mejorar las cualidades de las plantas
pasaba por el cruzamiento de los parentales, la selección en la
descendencia y la observación de miles de plantas en cada
generación. En la domesticación de las plantas silvestres fueron
seleccionadas ciertas variedades dando lugar a variedades mejoradas
pero reduciéndose la gran variabilidad original. Los ancestros del
maíz actual tenían gran heterogeneidad en la forma , color, ciclo
de desarrollo y calidad del grano. El maíz actual es homogéneo en
calidad y productividad. Los flujos de genes, las mezclas
genéticas y la hibridación están en el origen de muchas especies
de plantas. En el origen del trigo ha habido mezcla genética natural
de especies diferentes. Otras plantas tienen su origen en la unión
de los genomas de dos especies. La
I.G. aprovecha y continúa el proceso natural de flujo genético. La
I.G. no sustituye a las técnicas tradicionales de mejora de las
plantas cultivadas sino que abre la vía a la incorporación de genes
precisos de cualquier origen y los incorpora a los procesos de
recombinación sexual propios de los cruzamientos dentro de cada
especie.
Nivel educativo: 4 ESO, 1 Bachillerato Ciencias Para el Mundo Contemporáneo
Áreas implicadas: Biología, Biotecnología, Genética, Agricultura
Nivel educativo: 4 ESO, 1 Bachillerato Ciencias Para el Mundo Contemporáneo
Áreas implicadas: Biología, Biotecnología, Genética, Agricultura
La revolución genética
La ingeniería genética (I.G.)
ha permitido introducir un gen de un organismo en el genoma de
otro organismo con el objeto de que éste exprese la nueva
información y fabrique una proteína de interés. Esta proteína
puede ser una toxina que actúe frente a un insecto, una enzima que
haga madurar el fruto o que bloquee la multiplicación de un virus.
También se puede suprimir o modificar la expresión de un gen
mediante I.G. con el objeto de estudiar su función en el organismo.
Un organismo que contiene ADN extraño, producto de la manipulación
genética es un organismo modificado genéticamente (OMG)
y todas sus células contienen el nuevo gen y pueden transmitirlo a
su descendencia. Las plantas transgénicas son OMG a los que
se les ha introducido un gen de otra planta, de una bacteria o de
cualquier otro organismo y lo transmitirán a partir de semillas y de
órganos de reproducción vegetativa. Los productos derivados de
OMG pueden contener o no el ADN o la proteína en cuestión pero
no los transmitirán ya que no tienen capacidad de reproducción.
Cómo se obtienen las plantas
transgénicas
Las
técnicas del ADN recombinante
para obtener un organismo transgénico siguen una serie de pasos:
- Identificación de una proteína de interés (toxina frente a una plaga de insecto).
- Identificación, aislamiento y clonado del gen que codifica dicha proteína.
- Construcción de una secuencia de ADN que incluye el gen junto con unas secuencias que permiten y regulan su expresión en la planta (en qué órgano de la planta o en qué momento se expresará).
- Se pueden añadir unos genes marcadores a la secuencia de ADN, por ejemplo genes de resistencia a antibióticos, que permiten detectar la incorporación de la construcción génica y se inserta en un plásmido bacteriano (círculo pequeño de ADN, presente en las bacterias y capaz de multiplicarse autónomamente en una célula huésped).
- Se introduce la construcción génica por medio de vectores biológicos (como ciertas bacterias que transfieren naturalmente parte de su ADN al genoma de las plantas) o de forma mecánica, bombardeando a las células vegetales con partículas de Tungsteno.
- Se seleccionan las células que expresan el gen añadido.
- Se regeneran las plantas a partir de las células cultivadas in vitro, se cultivan primero en invernadero y luego en el campo para comprobar el correcto desarrollo, la estabilidad del transgen y su transmisión a la descendencia.
Un ejemplo de
planta transgénica es el maíz Bt que tiene un gen de la bacteria
Bacillus thuringiensis cuya proteína es una toxina activa
contra las larvas de lepidópteros, coleópteros y dípteros. La
lucha biológica (agricultura ecológica) ya utiliza esta
bacteria, rociando sus esporas en los campos.
La investigación con plantas
transgénicas
Los investigadores introducen un
segmento de ADN especial y detectable en el genoma de una planta
idónea que es un modelo de experimentación por su fácil cultivo,
corto tiempo de generación, gran producción de semillas y pequeño
genoma. Si esa secuencia de ADN se inserta en medio de un gen lo
inutiliza y se pueden observar sus efectos. Así se identifican genes
y se estudian sus funciones. Estos genes se utilizan luego como
sondas para detectar los genes homólogos que se
encontrarán en especies de plantas de interés, ya que pese a la
diversidad de especies éstas utilizan los mismos tipos de genes.
Aplicaciones de las plantas
transgénicas
En 1994 se obtiene un tomate
transgénico para conserva, con un período de conservación mejorado
por inactivación de las enzimas responsables de la degradación de
las paredes celulares del fruto. Luego se desarrollaron plantas
resistentes a insectos (maíz, algodón), a herbicidas (maíz, soja,
remolacha), a virus (patata).
Entre las aplicaciones industriales
están la obtención de productos con una composición modificada
como es el caso de los ácidos grasos de aceites de colza y de soja o
del almidón modificado de maíz, trigo y arroz. Se están
desarrollando chopos transgénicos en los que está reducida la
enzima responsable de la formación de lignina lo que facilita la
producción de la pasta de papel con un menor coste energético y
polución.
También se obtienen ventajas
nutricionales como es el caso del arroz dorado con un mayor
porcentaje de vitaminas. En el campo de la salud se pueden obtener
moléculas de interés como vacunas orales contra diarreas
bacterianas o virales, incorporadas en en plantas transgénicas que
son comestibles, siendo muy útiles en países del tercer mundo.
Plantas que contienen transgenes de interés y en distintas fases de
investigación producirán interferón alpha para la hepatitis C,
partículas de H5N1 para la gripe aviar, insulina para la diabetes,
anticuerpos monoclonales contra el cáncer.
Otras perpectivas prometedoras incluyen
la producción de plantas resistentes a la sequía, frío y
salinidad. La investigación para mejorar las técnicas de la
ingeniería genética se centran en buscar la precisión en la acción
de los transgenes, como es el control del lugar (hojas, semillas,
frutos) o el momento de su expresión. Se buscan más genes para
luchar contra las enfermedades virales. En definitiva, la utilización
de plantas transgénicas resistentes a insectos y a enfermedades
permitiría una gestión menos nociva de los cultivos y más
respetuosa con el medio ambiente.
Los riesgos de la transgénesis
Entre los riesgos de los OMG tenemos
los riesgos medioambientales debidos al flujo de genes con posible
contaminación de los cultivos convencionales. Hay que evaluar, caso
por caso, el riesgo de que los transgenes puedan pasar por
polinización a las variedades naturales de las plantas de la misma
especie o de especies emparentadas. Otro posible riesgo consiste en
la aparición de insectos resistentes a la toxina Bt. Ya existen
protocolos de buenas prácticas para el cultivo de maíz transgénico
que intercalan cultivos convencionales, constituyendo zonas de
refugio de insectos. Otra medida para reducir la contaminación
por polinización consiste en mantener unas distancias mínimas (200 metros) con los cultivos naturales. Se está evaluando igualmente el posible efecto de
las plantas transgénicas sobre insectos útiles como las abejas.
En el ámbito de la salud, el aumento
de resistencias a antibióticos y de alergias debidas a la presencia
de proteínas, representan un riesgo que hay que evaluar. En este
sentido no se deberían de utilizar pantas alergénicas como fuente
de genes y se deberían de comparar las secuencias aminoacídicas de
las proteínas de interés con proteínas alergénicas conocidas como
las del huevo o de la leche. Es necesario conocer la composición de
la planta transgénica o del alimento obtenido de ella ya que la
introducción de un gen podría alterar su funcionamiento induciendo
una mayor producción de toxinas como podría teóricamente ocurrir
con la solanina de la patata. Los tests toxicológicos y los análisis
nutricionales descartarían esta posibilidad. Para identificar los
lotes transgénicos se necesita la secuencia nucleotídica del
transgen y por lo tanto la colaboración de las industrias de
semillas. La trazabilidad también debe alcanzar al producto en el
mercado que debe de tener un etiquetado de OMG. De esta manera el
futuro de las plantas transgénicas pasa por asegurar la viabilidad
agroeconómica tanto del sector convencional como del biotecnológico,
por alcanzar la seguridad y calidad alimentaria y por lograr el
equilibrio medioambiental.
Cuestiones
- ¿Qué es un plásmido?
- ¿Por qué se utiliza como vector el plásmido Ti de la bacteria Agrobacterium tumefaciens?
- ¿Cuál es la función de los genes marcadores insertados en la construcción génica?
- ¿Qué otra técnica se usa para introducir los genes en una célula vegetal?
- ¿Cómo se consigue que unos segmentos de ADN pasen de un lugar a otro?
Trabajo bibliográfico
Busca en la Web la
siguiente información:
a. Cuáles son las
plantas transgénicas más utilizadas.
b. Qué países
cultivan plantas transgénicas y qué superficie en Ha dedican.
c. Cuál es la
legislación europea y española en relación con la creación de
OMG, su utilización en el laboratorio y en el campo, y con el
desarrollo y etiquetado de nuevos alimentos e ingredientes alimentarios.
Puedes consultar
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