Plantas con genes editados (GE) vs Plantas trasformadas (GM)

PorLuis Valera Montero

Plantas con genes editados (GE) vs Plantas trasformadas (GM)

Es interesante observar el acelerado proceso en el cual se han estado generando nuevas variedades de plantas cultivadas desde el siglo pasado en varias regiones del mundo (Fig. 1), y la manera en que ha impactado en el rendimiento promedio en los países que impulsan el mejoramiento como en el caso del maíz (Fig. 2).

No obstante, esto ha ocurrido en conjunción con incrementos en el uso de fertilizantes y agroquímicos para el control de plagas y enfermedades.

Figura 1.  Variedades de maíz liberadas en 24 países de África.  Running totals of maize cultivars released in SSA between 1950 and 2014.   Abate et al., 2017. Characteristics of maize cultivars in Africa:  How modern are they, and how many do smallholder farmers grow?  Agriculture & Food Security, 6:30 (17 p).

Figura 2.  Mejoramiento del maíz desde hace 90 años.  Crow, J.F. 1998. 90 Years Ago: The Beginning of Hybrid Maize. GENETICS, 148:923-928.

Para la mayoría de la población esto no es sorprendente, pues el público lo percibe como una tecnología más y en general desconoce los esfuerzos de los genetistas desde el inicio y cómo han ido lidiando con problemas con la ayuda de la investigación agrícola.  Y como sucede con lo que nos da comodidad, damos por hecho que el asunto está resuelto y no hay más allá.   Nada más lejos de la realidad.  Cuando los G10 estudiamos Genética los maestros nos enseñaron las bases de Fitomejoramiento clásico: selección, cruzas intervarietales, cruzas interespecíficas e intergenéricas, mutagénesis, etc., pareciéndonos todo un mundo de posibilidades.  La idea fundamental en todo lo anterior es la presencia de la variación genética en las plantas, que aparece de manera natural y que el hombre aprovecha para sus fines (Fig. 3A).

Como algo “accesorio” se estudiaba en esos cursos los ciclos de reproducción de las células: cariocinesis y mitosis.  Se hablaba del ADN como la base genética de todos los seres vivos pero como un elemento un tanto etéreo e intangible al igual de los procesos relacionados con dicho material.   Pero si la mutagénesis inducida con rayos X o EMS era algo real y rutinario en investigación desde la primera mitad del siglo pasado, no caímos en la cuenta que entonces el hombre, aunque en forma aleatoria, estaba manipulando los genomas de las pobres mosquitas Drosophila y otros organismos.  La palabra “manipulando” no fue puesta en forma accidental pues las investigaciones se hacían con pleno conocimiento y convicción de que los agentes mutagénicos harían un cambio (y de verdad que resultaron cosas raras) o resultaban letales.

En la actualidad el hombre se plantea las mismas preguntas que se tienen cuando el hombre quiere aprovechar los cambios que considera positivos: ¿Se puede utilizar? ¿Es de beneficio?  No obstante, ahora le agrega: ¿Es ético?  ¿Es libre de riesgos?   A este punto, el problema comienza cuando el hombre descubre en la naturaleza algo que es normal para muchas formas de vida microbiana y plantas: la transmisión horizontal de genes entre géneros y especies.  Entonces el hombre decidió usar Agrobacterium, la bacteria responsable de la agalla de la corona en las plantas.  Pacientemente estudió el mecanismo de esa bacteria (procarionte), suplantando los genes “bacterianos” con funcionamiento pleno en las plantas (eucariontes) por otros de su elección.  De esta forma a mediados de los 80’s el hombre ya había creado su primer planta transgénica (GM).  ¡Ya tenemos más de 30 años desde ese acontecimiento!   Inexplicablemente, a este tipo de plantas se les ha puesto una etiqueta siniestra, pero a la fecha no se ha podido demostrar que originen algún problema significativo.  Es decir: ni producen cáncer, ni alergias, ni altera celíacos, etc., solamente incluyen uno o más genes novedosos en el organismo al que se insertan.

Entonces, ¿qué ocurre?  Nada hasta ahora.  Es paradójico que quienes más ignoran sobre el tema, más insisten con poses de grandes expertos, en los daños colaterales que los transgénicos causan a la salud.  Pero se entiende que el miedo es más intenso cuando más se ignora sobre el asunto del cual se teme (por ello es paradójico que afirmen cosas extrañas).  No dejo de lado el problema de posible contaminación vía polen de genotipos criollos y de los genotipos silvestres, pero ya ha sido solucionado, transformando los cloroplastos y no los núcleos.  Como el polen no lleva cloroplastos, entonces no hay diseminación de genes ajenos a la especie.

Como se menciona en líneas anteriores, no podemos decir que hasta allí se detuvo todo.  Un par de investigadoras descubrieron por serendipidad (un flautazo) un mecanismo de defensa bacteriano que corta ADN foráneo (viral) que podría afectar la bacteria.  De allí surgió la idea: ¿y si este mecanismo lo podemos dirigir a un segmento específico del ADN?  Sería el equivalente de una mutación natural, pues se podrían eliminar/modificar genes de un organismo sin introducir ninguna secuencia.  Fue entonces que se pensó en que se trata de una edición (Fig. 3b) con equivalencia a una mutación espontánea (Fig. 3a).

Figura 3.  Lámina A: Cambios naturales en el ADN que son aprovechados para el mejoramiento.  Lámina B: Cambios inducidos en el ADN que son propuestos para una nueva generación de plantas domesticadas o variedades de las domesticadas preexistentes.

Este tipo de edición se denomina CRISPR/Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and CRISPR-associated protein 9), y en síntesis es una tecnología que permite al material genético ser adicionado, removido o alterado en sitios específicos del genoma.  Tiene además la particularidad de ser rápido, económico y más eficiente que otros métodos de edición genómica.  Con una “guía” de segmentos cortos de ARN definidos por el usuario, la enzima Cas9 forma un complejo que busca la secuencia de ADN complementaria a la guía.  Para hacer la unión de la guía con el ADN, éste tiene que desenrollarse y abrirse, en tanto que la guía se alinea para producir un corte e introducir un segmento de ADN que interrumpe la secuencia (Fig. 4), o bien se remueve una secuencia completa.  El sistema de reparación de las células participa en la adición de segmentos que interrumpen o modifican la lectura de los genes.

Figura 4. Ejemplo de cómo puede ser utilizado el sistema CRISPR/Cas9.

Una vez que se ha hecho un recuento de algunos conceptos básicos, ya tenemos un punto de partida para poder hacer comparaciones simples.  Aun cuando hay múltiples formas de trasformación genética de plantas, todas tienen en común la introducción de ADN foráneo. Por ello, algunos les llaman Frankencrops (cultivos Frankenstein).  Para efectos de esta nota, sólo se abordó levemente el caso de Agrobacterium el cual es el método más común y con el que se inició la generación de plantas transgénicas.  En contraste, la edición de ADN mediante el uso de CRISPR/Cas9 no requiere ADN foráneo y por lo tanto no se generan individuos transgénicos o Frankencrops, pero sí mutados.

Por no generar plantas transgénicas, el sistema CRISPR/Cas9 ha llamado la atención de los investigadores de todo el mundo y se considera que revolucionará el Fitomejoramiento apoyado en la Biotecnología.  No obstante, esta tecnología es todavía muy reciente y se requiere que los productos que se generen sean aceptados por el público, particularmente el de Europa que rechaza de manera sistemática el uso de los transgénicos.  A este respecto, al final de esta nota, se agrega un resumen de un artículo de una innovación en el sistema CRISPR/Cas9 que menciona que se ha logrado eliminar completamente la intrusión de nuevo ADN en los sujetos de prueba.  Las palabras en itálicas fueron marcadas para que se note la relevancia de lo que se menciona.  Finalmente, para cerrar este pequeño comentario, varias consideraciones deben de tomarse en cuenta: esta es una descripción breve de las cosas sin ánimo de ser exhaustiva, y que cada método tiene múltiples variantes.

31 de julio de 2018

 

El sistema CRISPR podría ayudar a que cultivos genéticamente editados eludan regulaciones de bioseguridad.

CRISPR tweak may help gene-edited crops bypass biosafety regulation technique deletes plant genes without adding foreign DNA.

David Cyranoski

19 October 2015

NATURE | NEWS Sharing

El sistema CRISPR podría ayudar a que cultivos genéticamente editados eludan regulaciones de bioseguridad

Una técnica borra los genes de las plantas sin agregar ADN foráneo.

No está claro qué postura tomarán las autoridades reguladoras respecto a las plantas editadas con CRISPR.

Una pequeña modificación en una revolucionaria técnica de edición genética puede hacer que sea posible modificar los genomas de plantas, y al mismo tiempo permitir que se esquiven las regulaciones nacionales de bioseguridad, según investigadores de Corea del Sur.

Los científicos de plantas se han apresurado a experimentar con la popular técnica CRISPR/Cas9, la cual emplea una enzima llamada Cas9 para cortar con precisión segmentos de ADN en un genoma, guiada por dos cadenas de ARN. Al desactivar genes específicos en el trigo y el arroz, por ejemplo, los investigadores esperan hacer cepas de estos cultivos resistentes a enfermedades.  Sin embargo, el proceso puede introducir trozos de ADN externo en un genoma vegetal. Y en algunas jurisdicciones, como la Unión Europea, podrían decidir que se clasifique a este tipo de plantas como organismos genéticamente modificados (OGM), haciendo que su aceptación por parte de los organismos reguladores sea conflictiva, dice el genetista Jin-Soo Kim, de la Universidad Nacional de Seúl.

 

Kim y su equipo modificaron la técnica para que pueda eliminar genes específicos en plantas sin introducir ADN foráneo, creando así plantas que, según creen él y sus colegas, “podrían estar exentas de las regulaciones actuales de OGM”. “En términos científicos, nuestro enfoque es solo otra mejora en el campo de la edición genómica. Sin embargo, en términos de regulaciones y aceptación del público, nuestro método podría ser pionero”, dice Kim.

 

CRISPR libre de ADN

En el método usual, los investigadores logran que el CRISPR/Cas9 empiece a trabajar en una célula vegetal al introducir el gen que codifica la enzima Cas9. El gen se introduce en un plásmido —un paquete circular de ADN— que normalmente se transfiere a una planta a través de la bacteria Agrobacterium tumefaciens. Como resultado, el ADN de la Agrobacterium puede acabar en el genoma de la planta. Incluso si no se utiliza la bacteria, los mismos fragmentos del gen Cas9 pueden ser incorporados en el genoma de la planta.

Para solucionar este problema, Kim y sus colegas evitan el proceso de introducción del gen. El equipo describió una receta para unir la enzima Cas9 junto con sus secuencias guía de ARN (que ayudan a la enzima a encontrar su objetivo) fuera de la planta, y usó disolventes para meter el complejo proteico resultante en la planta. La técnica funciona de manera eficiente para eliminar determinados genes en plantas de tabaco, arroz, lechuga y berro, detallan los autores en el artículo publicado en Nature Biotechnology.

“Creo que este es un hito para las ciencias vegetales”, dice el bioético Tetsuya Ishii, de la Universidad de Hokkaido en Sapporo, Japón, que ha estudiado ampliamente el marco de regulación vinculado a la ingeniería genética en plantas.

Kim quiere utilizar la técnica para modificar el banano, pues el cultivar más popular de este fruto —la variedad Cavendish— está luchando para combatir un hongo del suelo devastador y puede llegar a extinguirse. Por ejemplo, la edición genómica podría ser usada para desactivar al receptor que el hongo utiliza para invadir las células, sin que sea necesario clasificar al banano resultante como un OGM, opina Kim. “Vamos a salvar al banano para que nuestros hijos y nietos puedan disfrutar de esta fruta”, dice.

  

Sorteando las regulaciones

Recientemente, otros científicos han logrado resultados similares con diferentes técnicas de edición genómica. Jeffrey Wolt, especialista en análisis de riesgos de biotecnología vegetal de la Universidad Estatal de Iowa en Ames, señala que, por ejemplo, algunos investigadores han introducido complejos proteicos de edición genómica llamados TALEN (por sus siglas en inglés) directamente en las plantas; otros han usado nanopartículas para abrir paso a las diferentes proteínas de edición genómica. En su opinión, el artículo de Kim es solo una herramienta más en el arsenal del mejorador de variedades vegetales, aunque muchos investigadores dicen que la tecnología CRISPR es más barata y más fácil de usar que otras herramientas.

Jens Boch, fitogenetista de la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg en Alemania, quien ayudó a desarrollar TALEN, dice que espera que no sean necesarias soluciones alternativas que eviten la Agrobacterium. Cuando las plantas se reproducen sexualmente, sus genes se vuelven a mezclar, de modo que parte de la descendencia no lleva el ADN de la bacteria. Por eso, Boch espera que cultivar estas plantas libres de Agrobacterium debería tranquilizar a los reguladores. La  Agrobacterium “es demasiado fácil de usar, y este será el método de elección”, dice. “No creo que los mejoradores de variedades vegetales usen el método de Kim”. (Sin embargo, Kim señala que algunas plantas, como el banano, no se reproducen sexualmente, por lo que no perderían el gen de la Agrobacterium si se introdujera en su genoma).

No está claro qué postura tomarán las autoridades reguladoras respecto a las plantas editadas con CRISPR.  Actualmente, la Comisión Europea está debatiendo normativas que tomen en cuenta las últimas técnicas, y es posible que siga clasificando a estas plantas como OGM aun cuando no tengan ADN extraño.

 

En Estados Unidos, actualmente editar plantas con Agrobacterium es un disparador para que entre a actuar la regulación por el Servicio de Inspección de Sanidad Agropecuaria; sin embargo, las plantas editadas de otros modos han sorteado la normativa. Pero las reglas pueden cambiar allí también: en julio, la Casa Blanca lanzó una iniciativa de varios años para revisar las regulaciones federales sobre biotecnología agrícola.  Si las regulaciones sobre las plantas CRISPR terminan siendo severas, dice Boch, “el método propuesto por Kim es una opción muy buena para eludir algunas de las posibles críticas”.

Este artículo fue publicado por primera vez el 19 de octubre de 2015.

CRISPR: ¿Cómo funciona la edición genética?

 

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    2 Comments so far

    federico orozco gamaPosted on10:46 am - Sep 2, 2018

    mi distinguido amigo luis felicidades por tu muy elocuente descripción del muy trillado tema de los trasgenicos saludos y orgullo g-10

    Boletín RedGE Septiembre 2018 – Boletín RedGEPosted on9:29 am - Oct 6, 2018

    […] Plantas con genes editados (GE) vs Plantas trasformadas (GM) […]

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