lunes, 21 de abril de 2014

Plantas transgénicas

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


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:
  1. Identificación de una proteína de interés (toxina frente a una plaga de insecto).
  2. Identificación, aislamiento y clonado del gen que codifica dicha proteína.
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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.
  6. Se seleccionan las células que expresan el gen añadido.
  7. 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
  1. ¿Qué es un plásmido?
  2. ¿Por qué se utiliza como vector el plásmido Ti de la bacteria Agrobacterium tumefaciens?
  3. ¿Cuál es la función de los genes marcadores insertados en la construcción génica?
  4. ¿Qué otra técnica se usa para introducir los genes en una célula vegetal?
  5. ¿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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