Fusión somática

En este artículo falta información sobre más allá de las plantas: en hongos (ver citas en PMID  24031488), en bacterias (PMID  14545006), en algas muy diferentes (doi :10.1099/00221287-134-3-635) -- cualquier cosa que tenga protoplastos funciona. Amplíe el artículo para incluir esta información. Puede que existan más detalles en la página de discusión . ( enero de 2022 )

La fusión somática , también llamada fusión de protoplastos , es un tipo de modificación genética en plantas por la cual dos especies distintas de plantas se fusionan para formar una nueva planta híbrida con las características de ambas, un híbrido somático . ^[1] Se han producido híbridos entre diferentes variedades de la misma especie (por ejemplo, entre plantas de papa sin flores y plantas de papa con flores) o entre dos especies diferentes (por ejemplo, entre trigo Triticum y centeno Secale para producir Triticale ).

Los usos de la fusión somática incluyen el desarrollo de plantas resistentes a enfermedades, como hacer que las plantas de papa sean resistentes a la enfermedad del enrollamiento de la hoja de la papa . ^[2] A través de la fusión somática, la planta de papa cultivada Solanum tuberosum , cuyo rendimiento se reduce severamente por una enfermedad viral transmitida por el vector áfido , se fusiona con la papa silvestre, no productora de tubérculos, Solanum brevidens , que es resistente a la enfermedad. El híbrido resultante tiene los cromosomas de ambas plantas y, por lo tanto, es similar a las plantas poliploides . La hibridación somática fue introducida por primera vez por Carlson et al. en Nicotiana glauca . ^[3]

El proceso de fusión somática ocurre en cuatro pasos: ^[4]

1. La eliminación de la pared celular de una célula de cada tipo de planta utilizando la enzima celulasa para producir una célula somática llamada protoplasto.
2. Las células se fusionan mediante descargas eléctricas (electrofusión) o un tratamiento químico para unirlas y fusionar los núcleos. El núcleo fusionado resultante se denomina heterocarionte .
3. La formación de la pared celular se induce luego utilizando hormonas.
4. Las células luego se convierten en callos que luego se transforman en plántulas y finalmente en una planta completa, conocida como híbrido somático.

El procedimiento para las plantas con semillas descrito anteriormente, la fusión de protoplastos de musgo se puede iniciar sin descarga eléctrica, pero mediante el uso de polietilenglicol (PEG). Además, los protoplastos de musgo no necesitan fitohormonas para la regeneración y no forman un callo . ^[5] En cambio, los protoplastos de musgo en regeneración se comportan como esporas de musgo en germinación . ^[6] Cabe destacar que se puede utilizar nitrato de sodio e iones de calcio a pH alto, aunque los resultados varían según el organismo. ^[7]

Se pueden fusionar células somáticas de distintos tipos para obtener células híbridas. Las células híbridas son útiles de diversas maneras, por ejemplo:

(i) estudiar el control de la división celular y la expresión genética ,

(ii) investigar las transformaciones malignas ,

(iii) para obtener la replicación viral ,

(iv) para el mapeo de genes o cromosomas y para

(v) producción de anticuerpos monoclonales mediante la producción de hibridomas (células híbridas entre una célula inmortalizada y un linfocito productor de anticuerpos ), etc.

El mapeo cromosómico mediante hibridación de células somáticas se basa esencialmente en la fusión de células somáticas humanas y de ratón . Generalmente, los fibrocitos o leucocitos humanos se fusionan con líneas celulares continuas de ratón .

Cuando se mezclan células humanas y de ratón (o células de dos especies de mamíferos o de la misma especie), la fusión celular espontánea se produce a una tasa muy baja (10-6). La fusión celular se potencia entre 100 y 1000 veces mediante la adición de virus Sendai (parainfluenza) inactivado por luz ultravioleta o polietilenglicol (PEG).

Estos agentes se adhieren a las membranas plasmáticas de las células y alteran sus propiedades de tal manera que facilitan su fusión. La fusión de dos células produce un heterocarionte, es decir, una única célula híbrida con dos núcleos, uno de cada una de las células que entran en fusión. Posteriormente, los dos núcleos también se fusionan para dar lugar a una célula híbrida con un único núcleo.

Un esquema generalizado para la hibridación de células somáticas puede describirse de la siguiente manera. Se seleccionan células humanas y de ratón apropiadas y se mezclan en presencia de virus Sendai inactivado o PEG para promover la fusión celular. Después de un período de tiempo, las células (una mezcla de células humanas, de ratón y "híbridas") se siembran en un medio selectivo , por ejemplo, medio HAT , que permite la multiplicación de células híbridas únicamente.

De este modo, se aíslan varios clones de células híbridas (cada uno de ellos derivado de una única célula híbrida) y se los somete a análisis citogenéticos y bioquímicos adecuados para detectar la enzima , la proteína o el rasgo en cuestión. Ahora se intenta correlacionar la presencia y la ausencia del rasgo con la presencia y la ausencia de un cromosoma humano en los clones híbridos.

Si existe una correlación perfecta entre la presencia y ausencia de un cromosoma humano y la de un rasgo en los clones híbridos, se considera que el gen que regula el rasgo está ubicado en el cromosoma en cuestión.

El medio HAT es uno de los varios medios selectivos utilizados para la selección de células híbridas. Este medio se complementa con hipoxantina , aminopterina y timidina , de ahí el nombre de medio HAT. El antimetabolito aminopterina bloquea la biosíntesis celular de purinas y pirimidinas a partir de azúcares simples y aminoácidos . Sin embargo, las células humanas y de ratón normales aún pueden multiplicarse ya que pueden utilizar la hipoxantina y la timidina presentes en el medio a través de una vía de rescate , que normalmente recicla las purinas y pirimidinas producidas a partir de la degradación de los ácidos nucleicos . La hipoxantina se convierte en guanina por la enzima hipoxantina-guanina fosforribosiltransferasa (HGPRT), mientras que la timidina es fosforilada por la timidina quinasa (TK); tanto la HGPRT como la TK son enzimas de la vía de rescate. En un medio HAT, sólo las células que tienen activas las enzimas HGPRT (HGPRT+) y TK (TK+) pueden proliferar, mientras que las deficientes en estas enzimas (HGPRr- y/o TK-) no pueden dividirse (ya que no pueden producir purinas y pirimidinas debido a la aminopterina presente en el medio HAT). Para utilizar el medio HAT como agente selectivo, las células humanas utilizadas para la fusión deben ser deficientes en la enzima HGPRT o TK, mientras que las células de ratón deben ser deficientes en la otra enzima de este par. Por lo tanto, se pueden fusionar células humanas deficientes en HGPRT (designadas como TK+ HGPRr-) con células de ratón deficientes en TK (denominadas como TK- HGPRT+). Sus productos de fusión (células híbridas) serán TK+ (debido al gen humano ) y HGPRT+ (debido al gen de ratón) y se multiplicarán en el medio HAT, mientras que las células de hombre y ratón no lo harán. Los experimentos con otros medios selectivos se pueden planificar de forma similar.

1. La fusión de células somáticas parece ser el único medio a través del cual dos genomas parentales diferentes pueden recombinarse entre plantas que no pueden reproducirse sexualmente (asexuales o estériles).
2. Los protoplastos de plantas sexualmente estériles ( haploides , triploides y aneuploides ) pueden fusionarse para producir diploides y poliploides fértiles .
3. La fusión de células somáticas permite superar las barreras de incompatibilidad sexual. En algunos casos, los híbridos somáticos entre dos plantas incompatibles también han encontrado aplicación en la industria o la agricultura .
4. La fusión de células somáticas es útil en el estudio de los genes citoplasmáticos y sus actividades y esta información se puede aplicar en experimentos de mejoramiento de plantas .

Nota: La tabla sólo enumera algunos ejemplos, existen muchos más cruces. Las posibilidades de esta tecnología son grandes; sin embargo, no todas las especies se pueden introducir fácilmente en el cultivo de protoplastos.