Plantas y cultivos transgénicos - UNED

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Plantas y cultivos transgénicos - UNED

Plantas y cultivos transgénicos 1

Plantas y cultivos transgénicos

Cristina Rivas Wagner


2 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


Plantas resistentes a Virus: Estrategias para

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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 …………………………………………………………………… 47


4 Cristina Rivas Wagner

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.


¿QUÉ SON LAS PLANTAS TRANSGÉNICAS? | 2

Plantas y cultivos transgénicos 5

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.


Mejora del rendimiento | 3.2

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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.


Menor impacto ambiental | 3.6

Plantas y cultivos transgénicos 9

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.


Plantas y cultivos transgénicos 11

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.


Plantas y cultivos transgénicos 13

Figura 1: Protoplastos de Oryza sativa (izquierda) y Dahlia pinnata

(derecha).

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


14 Cristina Rivas Wagner

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


Plantas y cultivos transgénicos 15

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.


16 Cristina Rivas Wagner

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


Plantas y cultivos transgénicos 17

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 T-

ADN 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

a)

b)

c)

d)

T- ADN

T- ADN

Vir

T- ADN Vir

T- ADN Vir

T- ADN

binari o

A. tumefacien s recep tor a

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

Vir


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 potencialmente

transformados son aclimatados y llevados a invernáculo.

- 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 10-

60% 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.


36 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 37

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

La canola

Desarrollo de granos de arroz.

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.


38 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.


El café y el té

Plantas y cultivos transgénicos 39

Campo de girasoles.

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.


40 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.


El tabaco

Plantas y cultivos transgénicos 41

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.

Los árboles

Tabaco

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.


ANEXOS | 12

Plantas y cultivos transgénicos 43

Ventajas y desventajas de las plantas transgénicas


44 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.


Agrobacterium tumefaciens y transferencia del TI

Plantas y cultivos transgénicos 45


46 Cristina Rivas Wagner

Artículo: Apoyo para la investigación con plantas transgénicas.


BIBLIOGRAFÍA | 13

Plantas y cultivos transgénicos 47

Documento elaborado por J.F.Carrasco, extraido de: Butlletí Centre

díEstudis de la Natura del Barcelonés Nord., IV (3): Sta. Coloma de

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http://www.xtec.es/~jcarrasc/transgenicas.htm

Agro-Bio. Asociación sin ánimo de lucro, fundada en noviembre de 2000,

con la función primordial de respaldar, promover y difundir el desarrollo de

la biotecnología agrícola y sus aplicaciones prácticas bajo principios legales

Éticos y científicos que se traduzcan en beneficios para la sociedad

colombiana.

http://www.agrobio.org/index.php

Cultivos transgénicos: una introducción y guía a recursos. Presenta

información ecuánime y vínculos con otros recursos relacionados con la

tecnología y las cuestiones concernientes a los cultivos transgénicos

(también llamados cultivos genéticamente modificados o GM). Los autores

del sitio se dedican a la investigación y la enseñanza sobre fitogenética en

la Universidad Estatal de Colorado.

http://cls.casa.colostate.edu/CultivosTransgenicos/index.html

Eibe (European Iniciative for Biotechnology Education): Plantas

transgénicas, unidad 9.

http://www.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT09ES.PDF

ASEBIO. Asociación Española de Bioempresas. ASEBIO actúa como

plataforma de encuentro del sector biotecnológico y representa los intereses

de sus asociados ante las administraciones regionales, nacionales y

europeas.

http://www.asebio.com/

Las plantas transgénicas y la agricultura mundial. Informe elaborado bajo

los auspicios de la Royal Society of London, la Academia de Ciencias de

Brasil, la Academia de Ciencias de China, la Academia de Ciencias del Tercer

Mundo, la Academia Mexicana de Ciencias, la Academia Nacional de

Ciencias de la India y la U.S. National Academy of Sciences.

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


48 Cristina Rivas Wagner

Madigan; Martinko; Parker. (1997). Brock Biología de los microorganismos.

8 edición. Editorial Pentice-Hall.

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Hartl, D; Jones, E.2001. Genetics. Analysis of genes and Genomes. 5 th.

edition. Jones and Bartlett Publishers.

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