actvidad celular

Tomado de: Programa de Biología Cuarto Año Medio Ministerio de Educación

Plantas transgénicas: Una realidad del siglo 21 Contribución del Dr. Patricio Arce. Pág.161.

GRUPO 1

Estrés Oxidativo:

Explique tres ventajas relacionadas con la sobre expresión de la enzima superóxido dismutasa.

Un potencial daño celular inducido por derivados del oxígeno, lo representa el radical superóxido (O2-). Biológicamente, la enzima superóxido dismutasa detoxifica la célula de este anión y lo convierte en peróxido de hidrógeno (H2O2), el que se transforma en agua por una serie de enzimas celulares tipo catalasas o peroxidasas. Plantas transgénicas de tabaco que expresan el gen de la superóxido dismutasa en sus cloroplastos, al ser sometidas a pruebas, fueron significativamente menos sensibles al daño provocado por ozono (O3) que plantas no transformadas. Además, estas plantas fueron más tolerantes al estrés inducido por alta radiación luminosa, que las plantas no transformadas. También se ha sugerido que la enzima superóxido dismutasa podría ser utilizada para mantener la calidad de las flores cortadas. El deterioro de pétalos es en gran medida provocado por radicales de oxígeno durante la senescencia de la flor. Si se sobre expresa esta enzima específicamente en flores, la vida de la flor podría ser incrementada.

Estrés Salino e Hídrico

¿Qué relación existe entre osmoprotectante, betaína y la capacidad de las plantas para crecer en suelos salinos? ¿Cuál es al aporte de la biotecnología a especies cultivadas en regiones altamente salinas?

La habilidad de algunas plantas de crecer en suelos altamente salinos, en gran medida se debe a su capacidad de sintetizar una serie de compuestos no tóxicos de bajo peso molecular denominados colectivamente osmoprotectantes. Esos compuestos facilitan la absorción y retención de agua en la célula, y también protegen macromoléculas del daño por altas concentraciones salinas. Uno de estos compuestos osmoprotectante es la betaína, la que se acumula en algunas plantas durante el estrés salino e hídrico. Diversos cultivos como papa, arroz, y tomates no acumulan betaína.

Con el propósito de incrementar la tolerancia a la salinidad en plantas de tabaco, estas se transformaron con un gen bacterial de la biosíntesis de betaína. En ensayos de laboratorio se demostró que los tabacos transgénicos fueron 80% más tolerantes a altas concentraciones de sal, que los tabacos no transformados. Este tipo de investigación abre las puertas para utilizar una estrategia similar, con especies cultivadas en regiones altamente salinas.

MANIPULACIÓN GENÉTICA DE FLORES

¿Qué ventaja representa para la industria de las flores, la introducción de cambios en la biosíntesis de antocianinas, mediante ingeniería genética? Compare con el mejoramiento genético convencional.

Pigmentación de flores

La industria de las flores es una actividad que implica anualmente importantes negocios en el ámbito internacional. Por ello, continuamente se están desarrollando nuevas variedades de flores con vistosos colores. El mejoramiento genético convencional, aunque ha permitido generar centenas de flores de diferentes formas y colores, en general, no permite que se puedan cruzar plantas de distintas especies. Un ejemplo de ello, se traduce en que los fitomejoradores no han podido generar claveles negros o rosas azules por ejemplo. Sin embargo, mediante ingeniería genética se ha podido modificar el color de las flores al introducir cambios en la biosíntesis de antocianinas, pigmentos que le dan el color. Actualmente, tulipanes, rosas, crisantemos y claveles, flores que en conjunto representan aproximadamente el 70% de esta industria en el ámbito mundial, se están transformando para modificar sus colores. En los próximos años, flores blancas, amarillas, naranjas, rojas o azules, serán obtenidas mediante la aplicación de esta tecnología.

Sexo de plantas

Explique un beneficio relacionado con la producción de plantas transgénicas carentes de estructuras productoras de gametos. ¿Qué factor de seguridad se obtiene al usar plantas transgénicas estériles?

Las flores representan la estructura que produce y contiene los gametos responsables de la reproducción sexual de las plantas. Por ello, la manipulación genética de las estructuras reproductivas de las flores, permite determinar el sexo de las plantas. Actualmente, se conocen numerosos genes responsables del desarrollo de estructuras masculinas, femeninas, de pétalos y sépalos de la flor. Se han logrado plantas transgénicas (Arabidopsis y tabaco) que sólo presentan las estructuras masculinas o femeninas en sus flores, (las normales son hermafroditas). También, ya se han producido plantas carentes por completo de flores, o que estas sólo presenten pétalos o sépalos, careciendo absolutamente de estructuras productoras de gametos. La posibilidad que actualmente existe de manipular el sexo para muchas plantas, permitirá a futuro controlar más eficientemente los eventos de polinización entre plantas. Esto podría afectar positivamente la producción de fruta y de semillas, sabiendo con antelación cuales serán plantas dadoras o receptoras de polen en una plantación. También, usando plantas estériles masculinas, se podrán reducir o evitar las posibles fugas de polen transgénico a plantas no transformadas.

GRUPO 2

Modificación genética del contenido nutritivo de plantas.

Aminoácidos y proteínas.

Explique la importancia de lisina, metionina y triptofano para el ser humano y ejemplos de ingeniería genética que permiten el incremento de estos nutrientes.

Las semillas contienen proteínas de reserva que son utilizadas como fuente de carbono y nitrógeno durante su germinación. Estas generalmente contienen un número limitado de aminoácidos, organizados en unidades repetitivas. Por ello, el valor nutricional de estas proteínas es bajo, pues carecen de uno o más aminoácidos (generalmente lisina, metionina o triptofano) que son esenciales en la dieta del ser humano.

Mediante ingeniería genética, se transfirió a plantas de tabaco el gen que codifica para la faseolina, una proteína de reserva del poroto que contiene un equilibrado balance de aminoácidos. Las plantas transgénicas producidas, expresaron y compartamentalizaron correctamente la proteína, demostrando la viabilidad de esta estrategia. También, se han producido con éxito plantas de arroz en las que se ha expresado la lactoferrina humana con el propósito de incrementar el contenido proteico y de fierro en este cultivo. Otros ejemplos de plantas transgénicas, han modificado la secuencia de una proteína, enriqueciéndola de algún aminoácido deficitario. Recientemente, se han producido plantas transgénicas de canola y de poroto de soya, con alto contenido del aminoácido lisina. En muchas regiones del mundo en que se alimentan animales con maíz, actualmente se debe complementar con derivados del poroto de soya y, además, lisina purificada, la que tiene un alto costo. Este requerimiento adicional de lisina en la dieta animal, en el futuro se pretende remplazar por soya transgénica rica en lisina.

Lípidos

Respecto a los lípidos señale cinco principales formas de consumo, cinco principales tipos de cultivos y cinco principales tipos de ácidos grasos. Construya una tabla con estos datos.

La producción mundial de aceites en el mundo se estimó en 45 billones de dólares en 1995, y se espera que se incremente a 70 billones de dólares en el año 2010. Más del 90% de esa producción se destina a consumo humano en margarinas y aceites de ensaladas, además de detergentes, lubricantes y cosméticos. Los principales cultivos agrícolas responsables de la producción de aceites son: poroto de soya, canola, maravilla y algunas palmeras. En conjunto estas especies biológicas representan aproximadamente el 75% de la producción de aceites vegetales en el mundo. En la mayoría de los casos, estos aceites consisten en ácidos grasos del tipo palmítico, esteárico, oleico, linoleico y linolénico.

¿Cuáles son las principales modificaciones que la ingeniería genética aplica a los lípidos?

Explique la relación entre ácido trienoico y la habilidad las plantas de crecer en altas temperaturas

¿Qué modificaciones de han introducido en la canola?

Nombre tres posibles usos de canolas modificadas.

Actualmente, mediante ingeniería genética es posible cambiar en plantas el largo de la cadena de los ácidos grasos, y también el grado de insaturaciones (número de enlaces doble entre átomos de carbono). Recientemente, se publicó en la revista Science un trabajo en plantas transgénicas de tabaco, en las que se disminuyó significativamente el ácido graso trienoico. Este se acumula en altas concentraciones en la membrana del cloroplasto, en plantas que usualmente crecen a bajas temperaturas. La reducción de este ácido graso en la planta, les confirió la habilidad de crecer en altas temperaturas. Estos resultados, permiten imaginar que la modificación de lípidos no sólo se podría traducir en cambios nutricionales, sino que también en modificaciones fisiológicas que permitan a las plantas tolerar temperaturas más altas. Mediante esta estrategia, se han producido una amplia gama de plantas transgénicas de canola que acumulan altas cantidades de algún ácido graso específico para uso industrial, alimenticio, o farmacéutico. Estas se encuentran actualmente en proceso de evaluación.

Polisacáridos.

¿Cuál es la importancia del almidón y la celulosa para las plantas?

Las plantas son la fuente principal de polisacáridos en la naturaleza. Ellas producen el almidón, polímero de glucosa que almacena en sus tejidos y órganos especializados, para promover el crecimiento del próximo año o para la nueva planta en desarrollo. Otro polisacárido que las plantas producen es la celulosa, la que cumple una función estructural de sostén de los tejidos, y que constituye uno de los principales componentes de la madera en plantas leñosas. La celulosa también sirve como fuente de carbono para numerosos herbívoros. Estos la degradan mediante enzimas aportada por bacterias de la flora intestinal que poseen.

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

Almidón

Señale dos destinos del almidón en las plantas. ¿Qué tipo de molécula es el almidón? Nombre tres usos industriales del almidón. ¿Cómo se demuestra la factibilidad de incrementar el contenido de almidón en las plantas? ¿Produce el mismo efecto en todas las plantas? Fundamente con un ejemplo.

El almidón es un importante polisacárido de reserva el que se utiliza para diversos propósitos en las plantas. En algunas el almidón se acumula durante el día para permitir el metabolismo y el crecimiento durante la noche. En plantas que presentan órganos de reserva como la papa, el maíz, y la semilla de arroz, el almidón se acumula en gran cantidad y es fuente de carbohidratos para la planta en formación.

El almidón es un polímero constituido por cientos de moléculas de glucosa unidas de manera lineal, y con ramificaciones formando cadenas laterales. Las plantas tienen almidones de distinto largo y con diferente grado de ramificaciones, cuyas propiedades físicas también son diferentes. Actualmente, una gama de almidones se utiliza en diversos procesos, tales como: pegamento en la manufactura del papel, modificación de la viscosidad y consistencia en alimentos procesados, y producción de envases biodegradables.

En plantas, la biosíntesis del almidón ocurre en los cloroplastos mediado por tres enzimas. La más relevante de ellas, es la ADP glucosa pirofosforilasa que regula la biosíntesis del almidón. Una variante de esta enzima aislada de bacteria, altamente insensible a la regulación celular, se introdujo en plantas de papa, tomate y canola. Las plantas transgénicas producidas de papas y tomates, resultaron con incrementados niveles de almidón en el tubérculo o en el fruto del tomate. Sin embargo, en las semillas de canola aunque también incrementaron la cantidad de almidón, se observó una significativa reducción en el contenido de aceites, posiblemente por competencia por la fuente de carbono. Esto demuestra que es factible incrementar en plantas polisacáridos como el almidón, pero las potenciales ventajas deben ser evaluadas inicialmente en cada cultivo, antes de obtener productos transgénicos comerciales.

Fructanos.

¿Por qué los fructanos con polisacáridos consideran compuestos de bajas caloría?

Establezca la relación entre contenido de fructanos en la dieta y la disminución de bacterias dañinas en el intestino; el beneficio de inducir la producción de ácidos grasos pequeños (cadena corta). ¿Qué aporte se puede esperar de la biotecnología en este ámbito?

Los fructanos son compuestos sintetizados en plantas y microorganismos. En todos los casos conocidos, la sacarosa (azúcar común) es el precursor inmediato de la biosíntesis de fructanos por enzimas del tipo fructosiltransferasas. Químicamente, los fructanos de plantas presentan entre 5-60 unidades de fructosa, aunque algunas plantas pueden presentar hasta 200 unidades de fructosa. Los fructanos son compuestos habituales en nuestra dieta, estos se encuentran presentes de manera abundante en plantas tales como: ajo, cebolla y chicoria, aunque generalmente su consumo es bajo. Los fructanos se consideran compuestos de bajas calorías, porque el ser humano no los puede digerir, sin embargo, fructanos pequeños de 5 unidades son dulces y se utilizan como edulcorantes naturales.

La inhabilidad de degradación de los fructanos, permite que estos se comporten como fibras durante la digestión. Sin embargo, pueden ser degradados por bacterias del colon. En recientes estudios realizados en personas voluntarias alimentados con una dieta de 15 gramos diarios de inulina (un tipo de fructano), se observó en las heces la predominancia de bacterias benéficas como Bifidobacterium, sobre bacterias detrimentales como Escherichia coli o Clostridium perfringes. También se demostró que la fermentación clónica de los fructanos, permitió la producción de ácidos grasos pequeños como acetato, propionato y butirato que pueden ser absorbidos y entrar al sistema circulatorio. Ácidos grasos de cadena corta se han relacionado con disminución en el colesterol sanguíneo y con una favorable relación de lipoproteínas plasmáticas. Por tanto, existen evidencias científicas del efecto benéfico del consumo de fructanos en la dieta. Por ello, se han producido plantas transgénicas de diversas especies, que expresan genes bacteriales que codifican para la producción de fructanos. Estas plantas expresan fructanos más largos y en mayor cantidad que los que expresan corrientemente las plantas no transformadas. La papa por ser una especie que naturalmente acumula polisacáridos en el tubérculo, está siendo extensamente estudiada para conseguir tubérculos productores de diversos fructanos.

GRUPO 3

Modificación del gusto y apariencia de alimentos

Decoloración de frutos.

¿Cuál es el proceso específico que se modificaría en las plantas transgénicas para retrasar la decoloración de los frutos? ¿Cuál es la ventaja de esta acción?

Durante el período de poscosecha la fruta y vegetales son altamente vulnerables a sufrir deterioro, lo que representa un grave problema para la comercialización y consumo de estos alimentos. La baja aceptación por el consumidor de alimentos descoloridos, ha llevado a la industria alimenticia a utilizar diversos aditivos, algunos de los cuales han sido cuestionados. Por ello, se consideró que la modificación de la expresión de las enzimas responsables de la decoloración de frutos y plantas, podría contribuir a retrasar este proceso. Blanco para dicho estudio fueron las polifenol oxidasas, enzimas que se ha demostrado participan en la decoloración inicial de frutos. Estas se localizan en el cloroplasto y la mitocondria, y promueven la conversión de fenoles a quinonas. Para evaluar la hipótesis si la inhibición de polifenol oxidasas se traducía en una menor decoloración, se produjeron plantas transgénicas de papas que inhibían una serie de estas enzimas. Los tubérculos transgénicos obtenidos de estas plantas, mantuvieron la coloración deseada disminuyendo significativamente la aparición de manchas blancas, características de la pérdida de color. Aunque los resultados obtenidos son preliminares, esta es una estrategia que podría ser aplicable para reducir la decoloración enzimática, en numerosos frutos.

Dulzor de frutos.

Señale la importancia de la identificación del gen que codifica para monelina.

La palatabilidad de los alimentos en gran medida puede ser modificada adicionando sal, azúcar, diversos aliños, u otros ingredientes durante su preparación. Sin embargo, para la industria alimenticia es una ventaja que ciertos alimentos puedan ser intrínsecamente más apetitosos. A partir del fruto de una planta africana (Dioscorephyllum cumminsii) se identificó la proteína, que es aproximadamente 100.000 veces más dulce que la sacarosa (azúcar) Por tratarse de una proteína que no tendría similar utilización metabólica en el organismo que el azúcar, se postuló la Monelina como un posible sustituto de la sacarosa. Por ello, se identificó el gen de esta proteína y se produjeron plantas transgénicas de tomate y de lechuga. Resultados preliminares mostraron alta expresión de Monelina en frutos de tomate y hojas de lechuga, demostrando una nueva vía para incrementar o modificar el dulzor en frutos y otros alimentos.

Carotenos.

¿Cuál es la función de los carotenos en las plantas? ¿Por qué son importantes en la dieta humana? ¿Qué se entiende por arroz dorado?

Los carotenoides representan un importante grupo de pigmentos presentes en plantas y bacterias fotosintéticas. Estos pigmentos contribuyen a que se realice de manera eficiente el proceso fotosintético. También, en muchas plantas los carotenoides actúan como protectores de la foto oxidación, debido a su capacidad para captar y transferir electrones. Además, estos pigmentos contribuyen en el color de flores y frutos, sirviendo de atractores de insectos para la polinización.

Debido a que los carotenoides son un importante nutriente en la dieta humana, recientemente, se está manipulando genéticamente su ruta biosintética. El b-caroteno es el precursor de la vitamina A, la que a su vez participa en la biosíntesis de retinol, pigmento involucrado en la visión. También, se ha demostrado la participación de carotenoides en la reducción de cáncer al intestino, estómago, y enfermedades cardiovasculares. Esa función se ha relacionado, con la potente capacidad antioxidante que presentan los carotenoides de atrapar radicales de oxígeno en diversos tejidos. Con el propósito de incrementar el contenido de carotenos en plantas alimenticias, se han producido plantas transgénicas de tomate y de arroz. Las primeras mostraron un aumento del 100% del contenido de b-carotenos en frutos de tomates. En arroz se desarrolló una variedad conocida como “arroz dorado”. Esta variedad también incrementa significativamente el contenido de b-caroteno en el grano. Con este arroz se pretende paliar las deficiencias en vitamina A que afecta a millones de personas de países en desarrollo y, además, reducir la ceguera infantil en países pobres cuyo alimento básico es el arroz.

GRUPO 4

Propiedades de la madera en árboles.

¿Cuál es la fuente de obtención de celulosa y lignina? ¿Cuál es su utilidad en la industria forestal? ¿Por qué es importante el estudio de las rutas bioquímicas que permiten la producción de celulosa y lignina en las plantas? Señale limitaciones y logros actuales en este tema.

La madera es el producto más abundante que producen los árboles y está constituida principalmente por dos polímeros: celulosa y lignina. La celulosa es la materia prima para la industria del papel de gran relevancia para nuestro país. La lignina es una macromolécula que le da propiedades estructurales características a la madera, y que debe ser removida durante el proceso de extracción de celulosa. Por ello, el obtener árboles con mayor contenido de celulosa, y menor contenido de lignina, es una tarea en la que numerosos laboratorios del mundo actualmente trabajan. La mayoría de las enzimas responsables de la biosíntesis de celulosa y lignina ya se conocen, por lo que la modificación de las rutas metabólicas de estos polímeros se vislumbra como un área de gran desarrollo e impacto en el ámbito forestal.

Celulosa:

La celulosa es otro polisacárido de glucosa y representa la mayor reserva de carbono en la tierra, la que se estima en 7.200 billones de toneladas. La celulosa es uno de los constituyentes fundamentales de la madera, representando entre el 40 - 50% de su peso seco.

La ruta biosintética de la celulosa en plantas todavía no está completamente descifrada y, por tanto, tampoco se conoce cabalmente su regulación. Por ello, a la fecha sólo se han realizado manipulaciones genéticas de enzimas de la planta de tabaco, cuya participación en la biosíntesis de celulosa está demostrada. En tabaco, todavía no han sido muy auspiciosos los resultados en plantas transgénicas que modifican la expresión de enzimas involucradas en la síntesis de celulosa. Sin embargo, células vegetales mutantes en la enzima UDP-glucosa pirofosforilaza, son deficientes en celulosa, sugiriendo rutas biosintéticas posibles de modificar para incrementar la síntesis de celulosa. Recientemente, se modificó en plantas de álamo la ruta biosintética de la lignina, otro componente importante de la madera. Inesperadamente, se encontró que los álamos transgénicos tenían disminuida la cantidad de lignina, pero presentaban un incremento en el contenido de celulosa, sugiriendo una regulación coordinada de ambas rutas metabólicas. Este hecho, ofrece un nuevo blanco de acción para incrementar la cantidad de celulosa en árboles, sin alterar otros parámetros importantes para el crecimiento de ellos.

Lignina

¿Por qué es importante disminuir el contenido de lignina en la madera? ¿De qué depende el grado de condensación de la lignina en la madera? ¿Por qué es preferible el cultivo de coníferas (pinos) para la obtención de celulosa en la industria del papel? ¿Qué aspectos favorables presentan los álamos transgénicos en estudio?

La lignina es otro polímero fundamental constituyente de la madera. La remoción de lignina durante el proceso de pulpaje para la producción de papel, lleva asociado un alto costo y eliminación de algunos desechos tóxicos al medio ambiente. La posibilidad de disminuir el contenido de lignina o modificar su constitución, de modo que se facilite su extracción, es altamente benéfico para el ambiente y, además, rentable.

La lignina es un polímero de gran dureza, compuesto por monómeros derivados de 3 alcoholes aromáticos: para-coumaril alcohol, coniferil alcohol y sinapil alcohol, los que poseen cero, uno y dos grupos metoxilos respectivamente. La proporción de cada uno de los residuos presentes en la lignina, determina el grado de condensación de esta molécula. Mientras más residuos metoxilados tengan la lignina, menos compacta y fácil de remover resulta. Las coníferas (pinos) contienen mayoritariamente residuos derivados coniferil alcohol y en menor proporción, para-coumaril alcohol, a diferencia de las angiospermas (plantas con flores), que poseen cantidades casi equivalentes de residuos coniferil y siringuil. El conocimiento del control en las vías de síntesis de lignina está avanzando, y se ha propuesto que varias etapas de estas vías podrían ser modificadas mediante ingeniería genética. Para ello, se trabaja en la sobre expresión, y en la incorporación de algunas enzimas claves requeridas para la biosíntesis de lignina.

Una enzima objeto de numerosos estudios, es la Ferulato-5-hidroquilasa, enzima que puede hidroxilar el ferulato a 5-hidroxiferulato, originando un sustrato en la planta susceptible de generar sinapil alcohol. Este último producto es el responsable de formar en la lignina residuos con dos grupos metilo, lo que le confiere mayor densidad y mayor facilidad para su remoción industrial. La aplicación de esta tecnología ya ha tenido avances.

Se ha observado que plantas transgénicas de tabaco, que presentan una disminución en la expresión del gen que codifica para la enzima cinamil alcohol deshidrogenasa, presentan una reducción en el contenido de lignina. También, ya ha sido posible aplicar esta tecnología en árboles. Se han producido álamos transgénicos, en que se han alterado alguna de las propiedades de la lignina, haciéndola de más fácil remoción. Recientemente, se reportó álamos con un 30% del incremento en el contenido de celulosa, en respuesta a la disminución del contenido de lignina. Los avances, en esta materia están siendo evaluados en la mayoría de las coníferas, eucaliptos y especies biológicas de rápido crecimiento y de interés comercial.

GRUPO 5

Plantas como Bioreactores

Explique a sus compañeros la noción de “plantas como bioreactores”, que se refiere al uso de plantas transgénicas para la producción comercial de proteínas y diversas sustancias químicas. Ejemplifique. Resalte la importancia de usar plantas en la producción de polyhidroxibutirato. ¿Cuáles son las ventajas de la producción de anticuerpos en plantas? Explique el beneficio del uso de plantas transgénicas en la enfermedad de Gaucher.

Las plantas crecen fácilmente y pueden generar gran cantidad de biomasa en corto tiempo. Basándose en esa característica, se están evaluando en diversos laboratorios del mundo, el uso de plantas transgénicas para la producción comercial de proteínas y diversas sustancias químicas. En ensayos en pequeña escala, se han utilizado plantas transgénicas para la producción de anticuerpos monoclonales, fragmentos funcionales de anticuerpos, y de polímeros de polyhidroxibutirato, el que puede ser utilizado como plástico biodegradable.

Anticuerpos

Actualmente, la producción de anticuerpos comerciales para diagnóstico de enfermedades, test de embarazo y perfil bioquímico, se producen mayoritariamente en animales o en microorganismos. Las plantas transgénicas ofrecen potenciales ventajas en la síntesis de anticuerpos respecto a microorganismos recombiantes. Por ejemplo, en la mayoría de las plantas se consigue la integración estable del DNA en su genoma. En los microorganismos en cambio, cuando se transforman con un plasmidio de DNA, este puede ser eliminado durante la fermentación a gran escala. Además, el procesamiento y ensamblaje de proteínas foráneas en plantas son similares al de animales, lo que no ocurre con los microorganismos. También, las plantas pueden crecer en gran escala a un costo muy inferior que el de un fermentador, sin estar limitadas a la capacidad que este tenga. Finalmente, proteínas foráneas tipo anticuerpos, pueden ser producidas en semillas permaneciendo estables durante largos períodos de tiempo en condiciones ambientales.

Polímeros

Un grave problema en el ambiente, es la gran acumulación de plásticos debido a la incapacidad de ser biodegradados. Se están utilizando bacterias del género Alcaligenes para la síntesis del polímero ácido-3-hidroxibutirato que se utiliza como plástico biodegradable. En su biosíntesis participan tres enzimas que actúan de manera coordinada. Para transferir la capacidad de sintetizar el ácido 3-hidroxibutirato en plantas, se produjeron plantas transgénicas de Arabidopsis que expresan individualmente cada una de las enzimas de la ruta de este polímero. Después se cruzaron las plantas de manera de obtener dobles transgénicos, las que se cruzaron con la planta que expresaba la tercera enzima. Hojas maduras de la planta transgénicas que expresaban las tres enzimas de biosíntesis del poly-hidroxibutirato, produjeron más de 1 miligramo del polímero por gramo de tejido fresco de hoja. Este trabajo es la primera demostración de la capacidad de plantas transgénicas de producir nuevos polímeros biodegradables. En el futuro, se planea desarrollar cultivos que puedan producir grandes cantidades de este polímero.

Salud

La plantas genéticamente modificadas, presentan diversas ventajas como fuente de productos transgénicos bioactivos en comparación con fluidos o tejidos de origen animal, microbios recombinantes, líneas celulares animales transfectadas, o animales transgénicos. Entre las principales ventajas se cuentan: alta producción de biomasa con bajo costo, relativamente fácil y eficiente sistema de producción estable de plantas transgénicas, modificaciones proteicas en el ámbito celular similar entre plantas y animales, y ausencia de riesgos propios del trabajo con animales. Numerosas proteínas de origen animal e incluso humano con potencial terapéutico, ya han sido expresadas en plantas transgénicas. Entre estas se encuentran: albúmina sérica humana, interferón humano, eritropoyetina humana, proteína C humana (hPC), leu-encepalina, interleukina humana (IL-10), autoantígeno humano asociado a diabetes ácido glutámico decarboxilasa (GAD), citocromo P-450 de hígado de conejo, metilglutaril CoA reductasa de hamster, e inmunoglobulinas IgA e IgG de ratón, entre otras. La mayoría de estos productos transgénicos de origen animal, se acumulan en plantas en niveles cercanos al 1% de la proteína soluble total de la planta. Una extrapolación realizada para la producción de inmunoglobulinas en plantas transgénicas de tabaco, determinó que esta sería de 18 kilogramos de proteína por hectárea, demostrando el enorme potencial que esta tecnología representa para la producción a gran escala de compuestos utilizados en terapia humana. Un ejemplo es la enfermedad de Gaucher, una de las más comunes enfermedades lisosomales de humanos. Causada por una deficiencia en una enzima responsable de la degradación de lípidos complejos tipo glucosilcerámidos. Esta enfermedad se traduce en la acumulación patológica de glucosilcerámidos en diversos tejidos.

Las formas severas infantil y juvenil de esta enfermedad, también afectan el sistema nervioso y respiratorio. Hace unos años, se aisló de placenta humana la glucocerebrosidasa (hGC), responsable de la correcta degración de glucosilcerámidos. Este hecho permitió mejorar el tratamiento de la enfermedad de Gaucher, mediante la regular administración intravenosa de la enzima modificada. Se reduce de la manifestación clínica de la enfermedad, mejora la calidad de vida, incrementa la capacidad de estudio y trabajo de los pacientes, y en algunos enfermos, el restablecimiento de su vida productiva. El alto costo de la enzima (100 mil dólares al año para un paciente de 50 kilos de peso) dificulta su uso masivo. Plantas transgénicas de tabaco que expresan la región codificante de la glucocerebrosidasa humana (hGC) produjeron la hCG glicosilada tipo humana, y presentó actividad enzimática in vitro. Estimaciones del nivel de expresión mostró que la enzima se acumuló a niveles del 10% de la proteína soluble total de la planta. Esto indica que una planta transgénica de tabaco, sería suficiente para la producción de una dosis terapéutica de la enzima. Actualmente, se están realizando evaluaciones del tratamiento enzimático en pacientes voluntarios, para recabar información que permita su futura aplicación extensiva, a un costo considerablemente menor.

Grupo 6

Desarrollo nacional de plantas transgénicas.

Explique logros de aplicaciones biotecnológicas en papa, melones y vides. ¿Qué avances muestra Chile en cuanto a la optimización de diversas características en los árboles?

Actualmente en Chile, las instituciones con profesionales capacitados para trabajar con plantas transgénicas, se han centrado en investigación básica de procesos genéticos, fisiológicos y bioquímicos de las plantas. No obstante, aplicaciones biotecnológicas de esta tecnología también se han realizado. La P. Universidad Católica de Chile (PUC) en conjunto con el INIA, trabajaron en la producción de plantas de papas variedad Desiree (la más consumida en Chile), resistentes a la bacteria Erwinia. Esta bacteria es responsable de grandes pérdidas de tubérculos en almacén y de plantas en el campo. Las plantas transgénicas de papa que expresan genes bactericidas se produjeron hace cuatro años, y actualmente se están evaluando en el campo de ensayo, controlados bajo la supervisión del Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria (INIA). Posteriormente, estas instituciones también han producido papas transgénicas para resistencia a hongos y virus, las que se encuentran en etapa de evaluación. INIA también está aplicando técnicas de transformación en algunos frutales. En esta institución se han producido melones transgénicos resistentes a virus, y actualmente se trabaja en el desarrollo de vides transgénicas resistentes a hongos. Estos frutales son dos de las especies en las que se está implementando transgenia, por lo que es esperable contar con plantas transformadas en los próximos años.

En el área forestal, la PUC y la Fundación Chile son dos instituciones que están trabajando en el desarrollo de plantas transgénicas de Pinus radiata principal especie forestal en Chile. Avances importantes se han conseguido en la PUC lugar en donde se produjeron los primeros embriones transgénicos de Pino en Chile y los segundos en el mundo después de Nueva Zelanda. Estos pinos transgénicos expresar un gen reportero que les permite cambiar de color al realizarles un ensayo enzimático. Desarrollar esta tecnología para especies forestales, permitirá a Chile optimizar de diversas características en los árboles como: resistencia a patógenos, tipo de lignina, cantidad de celulosa, e inclusive el sexo de los árboles, todas características que actualmente se están aplicando en el mundo, a diversas especies forestales.

Potenciales riesgos del uso de plantas transgénicas.

Relate a sus compañeros/as el potencial riesgo del uso de las plantas transgénicas para la salud, específicamente, el desarrollo de alergias. Relate el experimento Pusztai y las 5 principales objeciones que recibió tras su publicación.

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

Daño a la salud

Los detractores del uso de las plantas transgénicas argumentan que estas podrían provocar daño a la salud. Son dos las evidencias rescatables que sustentan esta postura. La primera se basa en un trabajo publicado por investigadores norteamericanos en New England Journal of Medicine el año 1996. En este trabajo cuyo objetivo era incrementar el valor nutricional en el poroto de soya, se utilizó el gen de una proteína rica en metionina obtenida de la nuez de Brasil, para producir soya trangénica. Los resultados mostraron que las plantas transgénicas producidas, tenían la capacidad de inducir alergia en el ser humano y por ello estas no fueron liberadas. Este hecho ha sido utilizado por los grupos opositores a las plantas transgénicas, para argumentar que estas pueden inducir alergia y por ende afectar la salud. Aunque estos argumentos son válidos, hay que mencionar que los autores del trabajo concluyen que la proteína utilizada para esta transformación, es probablemente la proteína de la nuez de Brasil con mayor capacidad alergénica. Por tanto, no son las plantas trangénicas las inductoras de alergia, sino que una proteína en particular, que estando presente en una planta (sea esta transgénica o no), tiene esta capacidad.

El segundo ejemplo utilizado por grupos opositores, se refiere a un trabajo publicado por el investigador Arpad Pusztai en la revista The Lancet en 1999. Pusztai y su grupo evaluaron plantas transgénicas de papas que expresaban una lectina (un tipo de proteína) en ratón. Al alimentar los ratones con las papas transgénicas, los autores del trabajo concluyeron que estas indujeron daño en el tracto digestivo y alteraciones en el sistema inmune de los ratones. Estos resultados, que fueron inicialmente dados a conocer en una entrevista televisiva previo a su publicación, causaron gran polémica en el ambiente científico europeo y posteriormente mundial. Al analizar los resultados de Pusztai una vez publicados, se advirtieron una serie de consideraciones no analizadas por él inicialmente. Entre ellas la Royal Society de Inglaterra destacó que sus resultados carecen de validez estadística por el número de muestras analizadas. También los científicos han comentado que dichos experimentos carecían de un grupo control, y que ratones alimentados con una dieta pobre en proteínas como la suministrada, afecta el crecimiento y el sistema inmune. Referente a la atrofia encontrada en partes del tracto digestivo de los ratones, se comentó que esta era una respuesta común a una dieta rica en hidratos de carbono como las papas crudas. Además, es conocido que las lectinas estimulan el sistema inmune en diversos animales.

Aunque los experimentos de Pusztai no han tenido toda la validez científica necesaria para ser considerados seriamente, estos llaman a la mesura, y a la necesidad de evaluar previamente en animales los productos génicos utilizados en alimentación humana.

Grupo 7

Pérdida de biodiversidad

¿Qué fundamento actúa como base para sustentar la crítica que hacen los ambientalistas a la capacidad que podrían tener las plantas transgénicas de reemplazar la flora nativa? ¿Qué precauciones deberán ser consideradas al respecto? Explique los argumentos basados en el experimento con mariposa monarca. ¿Cuál es la opinión del autor de ese experimento?

Fuerte crítica hacen los ambientalistas a la capacidad que podrían tener las plantas transgénicas de reemplazar la flora nativa. Su temor se basa en la observación demostrada de que el polen puede ser diseminado por insectos o el viento sobre 60 metros de una plantación. Este hecho, deja abierta la posibilidad que polen transgénico pueda polinizar una planta no transgénica y trasmitirle su gen sin control. De este modo, se podrían crear súper malezas resistentes a herbicidas, si el polen portara por ejemplo genes de resistencia a ellos. Desde el punto de vista teórico, esta postura es válida. Al respecto existe al menos un informe publicado en 1995 en Australian Journal of Experimental Agriculture. En este artículo se documentó el traspaso de resistencia a un herbicida de plantas transgénicas a pastos anuales del género Ryegrass. No obstante, es importante aclarar que las plantas trangénicas tienen la misma capacidad que una planta no transgénica, de trasmitir mediante el polen, un gen a su descendencia. Además, las plantas trangénicas trasmitirán su polen y polinizarán sólo aquellas plantas con las que son compatibles. Estas son plantas de su misma especie, y en excepciones de otras especies de su mismo género. Por ello, el polen transgénico en ningún caso polinizará plantas de cualquier especie. En el ejemplo comentado del Ryegrass, efectivamente existía compatibilidad entre las plantas transgénicas y las que no lo eran, por ello pudieron ser polinizadas. Estos resultados sugieren que se deben establecer estrategias de manejo de plantas trangénicas en una plantación. Se deberá considerar el permitir o no, una plantación transgénica cerca de plantaciones naturales con las que estas sean compatibles. Del mismo modo, para cultivos en que en una misma zona indistintamente se pueda optar por que estos sean transgénicos o no, se deberá propender a guardar distancias apropiadas entre ellos, y al uso de barreras naturales (corta viento por ejemplo), que eviten la fuga de polen.

Otro de los ejemplos que se utilizan para demostrar el efecto nocivo que plantas transgénicas pueden tener sobre el ambiente, se refiere a un trabajo publicado en 1999 sobre la mariposa monarca. En este trabajo, investigadores norteamericanos alimentaron en laboratorio larvas de mariposa monarca, con hojas de plantas del género Asclaepia que es el alimento natural de estas larvas. Las hojas fueron espolvoreadas con polen de maíz transgénico que porta la toxina de Bacillus thuringensis, utilizada corrientemente para conferir resistencia a insectos. Los resultados mostraron que las larvas disminuyeron su alimentación, crecieron menos y aumentó su tasa de mortalidad con respecto a larvas controles alimentados sólo de hojas, o de hojas espolvoreadas con polen no transgénico. Estos resultados han sido utilizados por opositores a las plantas transgénicas, argumentando que estas afectan la biodiversidad y pueden causar muerte de otras especies. Aunque los resultados mencionados avalan esta aseveración, no es menos cierto que las larvas de mariposa naturalmente no se alimentan de polen de maíz. Además, en el ambiente natural a diferencia de un experimento de laboratorio, las larvas tendrían la posibilidad de utilizar distintas fuentes de alimento, seleccionando las que no les hacen daño. Estos argumentos han llevado al líder de esta investigación el Dr. John Losey a emitir una declaración pública. En ella menciona que sus resultados son preliminares y de laboratorio, y que no es prudente sacar de ellos conclusiones respecto al riesgo de la mariposa monarca en su medio natural.

Grupo 8

Implicancias para Chile de la liberación de plantas transgénicas.

¿De qué forma el protocolo de Cartagena vela por los movimientos de OGM? ¿En que consiste el principio precautorio? ¿Qué postura adoptó la comunidad europea? Señale algunas evidencias que muestran posturas favorables al desarrollo y uso de plantas transgénicas. ¿Cuáles son las implicancias para Chile?

El reciente acuerdo internacional sobre Bioseguridad (Protocolo de Cartagena) velará por el movimiento de organismos transgénicos. Este protocolo que debe ser ratificado por el Congreso en Chile, regulará el movimiento transfronterizo de organismos vivos transgénicos, como también de aquellos procesados destinados a alimentación o forraje. Según este protocolo, se deberá pedir autorización al país importador, para que un organismo modificado (el que deberá estar debidamente etiquetado), pueda ingresar a su territorio. De acuerdo con el Principio Precautorio de este protocolo, el país importador puede negar la autorización para que dicho organismo transgénico ingrese a su país. Las razones de tal rechazo, podrían fundamentarse en carencias de suficientes evidencias que demuestren su inocuidad a la biodiversidad o a la salud humana. La negativa de la comunidad europea, a la liberación de OGM sin una previa y exhaustiva evaluación del impacto que estos productos pueden tener en el ambiente y sobre el hombre, resultó claramente favorecida. Este hecho, sin lugar a dudas significó un serio revés a la investigación, desarrollo y comercialización de los organismos y plantas transgénicas. Ello ya se ha reflejado en una disminución de la superficie de cultivos transgénicos principalmente en países del hemisferio norte, y también en una disminución de los recursos destinados a investigación y desarrollo de la biotecnología vegetal en la comunidad europea.

Sin embargo, no debe entenderse como un rechazo permanente e irreversible a esta tecnología. Países del continente americano y asiático cuya legislación permite su comercialización, los siguen utilizando aunque en menor superficie cultivada. El arroz dorado destinado a países pobres del tercer mundo, fue desarrollado en estos últimos cinco años por una colaboración entre laboratorios alemanes y suizos. Igualmente, Novartis Suiza, destinó 600 millones de dólares a un centro de investigación en San Diego Estados Unidos, para fomentar la investigación en plantas. Recientemente, el parlamento europeo aprobó el cultivo de alimentos transgénicos, respetando el Protocolo de Cartagena. Las autoridades chinas han anunciado que destinarán la mitad de la superficie cultivable de su país (500.000 kilómetros cuadrados), al cultivo de plantas transgénicas, ello con el propósito de evitar el hambre de su población, la que actualmente asciende a 1.220 millones de personas, un cuarto de la población del mundo. Es relevante resaltar que el Protocolo de Bioseguridad de Cartagena, impone restricciones al movimiento transfronterizo de plantas o semillas transgénicas, pero no a su cultivo. Es esperable que a la luz de las experiencias que se vayan recabando sobre el tema, paulatinamente se comiencen a dictar normas tendientes a una mayor liberalización y uso de estas plantas en el mundo. Resulta evidente que productos transgénicos destinados a uso industrial y no alimenticio, tengan más rápida liberalización. Especialmente aquellos de los que Europa y Asia dependen, como son los derivados de la madera y celulosa. La industria forestal chilena todavía incipiente en materia biotecnológica, puede verse seriamente afectada al liberase en el mundo árboles transgénicos con mayor contenido en celulosa, menor cantidad de lignina o resistentes a plagas y enfermedades, si el país no cuenta con árboles similares. Igualmente sensible pero a más largo plazo, está la industria vitivinícola Estos indicadores, asociados al innegable beneficio que en alimentación, salud e industria. Los países desarrollados productores de vino, ya tienen desarrollada una gama de productos biotecnológicos que van desde bacterias, levaduras y vides transgénicas que optimizan la producción y calidad del vino. El aroma, el sabor el color y la textura del vino pueden ser modificados haciendo uso de herramientas biotecnológicas. Aunque es efectivo que a la fecha ningún país está haciendo uso de estos productos, no es menos cierto que, si ello llegara a ocurrir, los efectos que pueda tener sobre la industria vitivinícola nacional son inciertos.

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

Estos sólo son un llamado de atención a la imperiosa necesidad de estar atentos a los avances que en el mundo se vayan produciendo sobre esta materia, y a hacer un esfuerzo en compatibilizar posiciones que resguardando la salud y biodiversidad, se equilibren con los componentes sociales y económicos que ciertamente están ligados a la utilización de plantas trangénicas.

Es fundamental que se discrimine que plantas transgénicas no es sinónimo de alimentos transgénicos, lo que debería quedar reflejado en la normativa legal al respecto. Igualmente importante aparece el reglamentar el desarrollo nacional de plantas transgénicas. Aunque este es incipiente por el momento, se advierte como un importante foco de investigación y desarrollo futuro. Es indispensable que se intensifique la investigación básica y aplicada en el área de la botánica, bioquímica, genética, fisiología, y biología molecular vegetal. Chile debe tener interlocutores válidos con aquellos países fuente en la generación del conocimiento en el mundo. El generar investigadores nacionales de alto nivel en el área, resulta fundamental para enfrentar las necesidades que se avecinan. Es importante que instituciones públicas, privadas y especialmente instancias de decisión en el país, les abran las puertas a los especialistas en el tema, para que sus opiniones se consideren en la adopción de decisiones de interés nacional. Medidas como estas permitirán estar en mejor pie ante una eventual liberalización de OGM.

Genoma vegetal completo

Al descubierto, el mapa genético de Arabidopsis thaliana

El 2000 d. C. será conocido en los anales de la ciencia como el "año de los genomas". Grandes titulares periodísticos se dedicaron para informar la culminación del Proyecto del Genoma Humano, cuyo objetivo fue tener un mapa completo de la cadena de ADN que nos define biológicamente como seres humanos. El otro gran suceso trascendental, que seguramente no tendrá tan amplia difusión, es que se ha logrado descifrar, por vez primera, la secuencia genómica completa de una planta: la humilde hierba conocida científicamente como Arabidopsis thaliana (At). Tras cinco años de esfuerzo colectivo por parte de los científicos que formaron el Arabidopsis Genoma Initiative (AGI), en la revista Nature del 14 de diciembre se informó al mundo del gran acontecimiento.

La Arabidopsis es un vegetal emparentado con el repollo y la coliflor, que crece silvestre y abundantemente en jardines y caminos de Europa, desde el círculo ártico hasta latitudes tropicales. Su reducido tamaño, su rápido ciclo de vida, su versatilidad de adaptación a diversos ambientes y su relativa sencillez genética, hicieron de esta planta un modelo idóneo para el estudio del desarrollo, fisiología, bioquímica y la interacción entre las plantas y los agentes patógenos que las afectan. Análogamente, la At es el modelo vegetal, como para las levaduras ha sido S. cerevisiae, para las bacterias E. coli, para los nematodos el gusano C. elegans, o para los insectos la mosca de la fruta o Drosophila melanogaster. En efecto, Arabidopsis thaliana, a pesar de ser una simple hierba, presenta aspectos de una especie más evolucionada que un liquen, un helecho o una conífera, ya que produce flores, frutos y semillas.

En el genoma de la At se encontraron 116 millones de pares de bases y se codificaron cerca de 26 mil genes. Es curioso considerar que una simple hierba tenga casi el doble de genes que la mosca de la fruta (15 mil, aproximadamente) y que de ellos 11 mil sean compartidos con gusanos e insectos, aunque parece ser que las plantas tienen más familias de proteínas.

Contando con el genoma completo de una planta - en la que se identificaron muchos genes novedosos- los científicos están en condiciones de entender a detalle los procesos metabólicos exclusivos de las plantas, cómo interactúan con su medio ambiente y cómo se las arreglan para enfrentar plagas y enfermedades. Además, muchos de los genes contenidos en Arabidopsis están íntimamente relacionados con genes de otros organismos y, sorprendentemente, gran cantidad de procesos biológicos presentes tanto en el reino planta como en el animal. Comparando los genes y sus funciones, a través de especies, e inclusive reinos, será posible acumular información acerca de las actividades biológicas básicas. Yendo más allá del puro conocimiento científico, la secuencia genómica de la At podrá ser utilizada para identificar genes que controlan características de valor agronómico y que, eventualmente, podrían ser transferidas a cultivos comerciales mediante técnicas de modificación genéticas. Con ello se podrá tener cultivos más resistentes a sequías y a variaciones drásticas de temperatura, a plagas y enfermedades, a salinidad y contaminación de suelos, a optimizar crecimiento y calidad nutricional, a conservar y propagar especies en vías de extinción, etcétera.

La importancia de este descubrimiento tiene tanta trascendencia como la del mismo genoma humano. Para cualquiera es fácil entender las repercusiones que sobre los ámbitos médicos, económicos y sociales tiene el conocimiento del genoma humano. Pero, alejándonos de nuestro antropocentrismo, la comprensión del genoma de una planta tiene un panorama y una incidencia mucho más amplios. Las plantas son clave y elemento fundamental de los componentes de la biosfera, responsables de la reducción del bióxido de carbono y la generación de oxígeno atmosféricos, proveen extensos y diversos hábitats para muchos organismos, producen nutrientes y medicamentos para animales y personas, y son, a diferencia de los anteriores, totalmente autosuficientes al convertir al mundo mineral en materia orgánica. Las plantas no necesitan de nosotros, pero nosotros sí dependemos de ellas.
El autor es jefe de la Unidad de Docencia del Instituto de Biotecnología de la UNAM

http://www.bioplanet.net/magazine/bio_mayjun_2000/bio_2000_mayjun_genetica.htm

http://www.arrakis.es/~ibrabida/vighibrid.html

http://www.bioplanet.net/magazine/bio_novdic_1999/bio_1999_novdic_reportaje.htm