La ingeniería genética no es una extensión de la mejora vegetal convencional (parte 4)

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Antoine Gady

Continuación del texto de Michael Hansen, esta parte explica la utilización de elementos génicos no pertenecientes a la planta huésped ni al organismo del que proviene el gen de interés, como son el plásmido Ti de Agrobacterium o el promotor CaMV 35S.

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Parte 1 - Parte 2 - Parte 3

Título: 
La ingeniería genética no es una extensión de la mejora vegetal convencional (parte 4)
Origen: 
Biotechinfo (link original no disponible), vía GMWatch
Autor/a: 
Fecha: 
Martes, 23 Enero, 2001

Utilización de vectores diseñados para mover y expresar genes a través de la barrera de las especies y barreras ecológicas

El tercer aspecto importante en el que la ingeniería genética difiere de la mejora convencional es en la introducción de secuencias que median la expresión de rasgos de interés.

Dado que la mejora tradicional (o convencional) supone la mezcla de material genético de especies que son sexualmente compatibles/fértiles no hay necesidad de utilizar elementos genéticos especiales para facilitar el proceso; las especies sexualmente compatibles ya contienen estos elementos. Esto no es igual con la ingeniería genética, que utiliza métodos de reproducción no sexuales e implica normalmente el movimiento de material genético entre especies que raramente, o nunca, intercambiarían material genético en condiciones naturales. Para facilitar este proceso, la ingeniería genética utiliza vectores diseñados específicamente para mover y expresar genes superando las barreras entre especies y barreras ecológicas. Estos vectores consisten en elementos y secuencias genéticas derivadas de eficientes parásitos genéticos (virus, plásmidos, elementos móviles, etc) y se diseñan específicamente para romper la frontera entre especies, es decir, para hacer una especie de papel de contrabandistas e introducir genes en células que normalmente los excluirían, así como hacer que este material genético se inserte en la planta huésped.

En los microorganismos, los plásmidos se mueven fácilmente entre unas bacterias y otras. A la hora de modificar genéticamente un cultivo se utilizan frecuentemente plásmidos que se derivan del plásmido inductor de tumores (plásmido Ti) de la bacteria Agrobacterium, como se ha señalado anteriormente.

Los elementos genéticos procedentes de Agrobacterium nunca se introducen en el ADN de una planta en procesos de mejora convencional, y sólo se ven en el ADN de otras especies en la naturaleza en el caso de plantas infectadas por la enfermedad de las agallas del cuello o que presenten raíz pilosa, en aquellas células que han sido infectadas.

La práctica totalidad de los cultivos transgénicos contienen además un potente promotor (una especie de "interruptor" genético) procedente del virus del mosaico de la coliflor (promotor CaMV 35S), que en la naturaleza provoca una enfermedad en plantas de la familia de la mostaza. Normalmente, los genes de una planta tienen sus propios promotores, de forma que el gen se activa en el momento adecuado del desarrollo y se expresa a los niveles adecuados, es decir, se produce la cantidad correcta del producto génico. Se utiliza el promotor de un virus vegetal porque los virus son parásitos genéticos con la capacidad de infectar una célula vegetal y sabotear su maquinaria celular para que fabrique múltiples copias de sí mismo en períodos cortos de tiempo. El promotor CaMV 35S se utiliza precisamente por ser un promotor muy potente, lo que lleva a la hiperexpresión de los transgenes, haciendo que estos se expresen a niveles 2 o 3 órdenes de magnitud mayores que los genes del propio organismo. El promotor CaMV 35S libera de forma efectiva al transgén (o transgenes) de prácticamente cualquier control o regulación por parte del genoma huésped, a diferencia de los promotores vegetales naturales de cada gen.

Por tanto, el uso de un promotor foráneo es necesario para la ingeniería genética y no se da en la mejora tradicional, incluida la hibridación y los cruzamientos amplios, y por tanto constituye una diferencia entre la ingeniería genética y la mejora convencional. De hecho, para la mayoría de los genes que se están transfiriendo (genes de tolerancia a herbicidas o de producción de endotoxinas Bt) si se utilizara el promotor que ese gen utiliza en la naturaleza la planta no sería capaz de reconocer y expresar el gen insertado. Es por esto que debe utilizarse un promotor que funcione en plantas, y que se ha generalizado la utilización de un promotor de un virus vegetal. La mayoría de promotores que funcionan en plantas no son capaces de conseguir que el gen se exprese a un nivel lo suficientemente alto para funcionar; de ahí que se utilice el promotor CaMV 35S (el más fuerte de los distintos promotores del CaMV).

La utilización de promotores tan fuertes también plantea dudas respecto a la seguridad. Debido a la fuerza del CaMV 35S no sólo puede afectar a los transgenes introducidos, sino afectar también (ya sea "encendiéndolos" o "apagándolos") a otros genes que se encuentran a miles de pares de bases del sitio de inserción en un cromosoma dado, llegando en ocasiones a afectar incluso al comportamiento de genes en otros cromosomas. Por tanto, dependiendo del sitio de inserción, un gen que produce una toxina podría "activarse", lo que conduciría a la producción de esa toxina.

El potencial del CaMV de "encender" genes resulta especialmente preocupante debido a lo que estamos aprendiendo sobre cómo las plantas a menudo "apagan" distintos genes, mediante un fenómeno conocido como silenciamiento génico. El silenciamiento génico parece ser una defensa clave contra la intrusión de ADN foráneo, especialmente procedente de organismos que provocan enfermedades, y regula también la expresión génica normal. En los últimos 5-10 años, los científicos se han dado cuenta de que el material genético puede de hecho moverse entre organismos incapaces de reproducirse entre sí. Este movimiento lateral de material genético se llama transferencia genética horizontal (la transferencia genética vertical es el movimiento de genes de los parentales a su descendencia), y ocurre en la naturaleza más frecuentemente de lo que se creía. Se sabe que esta transferencia génica horizontal ocurre en microorganismos; de hecho, es una de las formas principales en las que se transmite la resistencia a antibióticos o la patogenicidad entre bacterias. Además, numerosos virus pueden insertarse en los genomas huésped.

Hasta hace poco se consideraba que este flujo genético horizontal era raro o no existente en plantas. En 1998, algunos científicos descubrieron que los genes de un hongo habían invadido 48 de los 335 géneros de plantas terrestres analizadas, y que este tipo de movimientos había ocurrido en 32 ocasiones distintas (Ch et al., 1998). Extrapolaron que estos genes habían invadido las plantas superiores a través de transferencia genética horizontal más de 1.000 veces, y que esta "ola masiva de transferencia lateral es una ocurrencia completamente reciente" (Cho et al., 1998: 14244). Hace tan sólo un par de meses, un artículo en el número del 19 de noviembre de 1999 de Proceedings of the National Academy of Sciences demostraba que algunas secuencias de un pararetrovirus del tabaco previamente no identificado se habían integrado repetidamente en cromosomas de tabaco (Jakowitsch et al., 1999). Antes de este estudio se creía que las secuencias virales vegetales se integraban raramente o nunca en los genomas huésped.

Reconocer que el material genético puede moverse lateralmente entre especies, así como el reconocimiento reciente de que el ADN no es tan frágil como creíamos anteriormente y puede persistir durante largos períodos de tiempo en una serie de hábitats - acuáticos, terrestres, etc - ha conducido a un aumento de la investigación sobre los mecanismos que utilizan los organismos para evitar la intrusión de ADN foráneo. Después de todo, los genomas son sistemas con una regulación compleja y nuestra experiencia con otros sistemas complejos nos ha demostrado que la intrusión de elementos nuevos puede conducir a la desestabilización del conjunto. De hecho, el desarrollo normal de una planta requiere una exquisita coordinación de genes, en la que en cada momento del desarrollo debe activarse el subconjunto adecuado. El sistema de regulación de la planta debería tener un mecanismo que asegure que las alteraciones no deseadas de un sistema tan elaboradamente coordinado se evitan o se minimizan.

Se ha visto que existen defensas de este tipo, formadas por mecanismos de preintegración y postintegración (es decir, mecanismos que actúan antes y después de que el ADN foráneo se haya incorporado en el cromosoma huésped) (Traavik, 1998). Un mecanismo de preintegración sería evitar que el ADN entre a la célula, o digerir (mediante nucleasas) el ADN foráneo que entra.

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