Planta modificada genéticamente
Plantas con genes introducidos por humanos procedentes de otros organismos
Parte de una serie sobre
Ingeniería genética
 
Organismos genéticamente modificados
Historia y regulación
Proceso
Aplicaciones
Controversias

Las plantas modificadas genéticamente se han diseñado para la investigación científica, para crear nuevos colores en las plantas, administrar vacunas y crear cultivos mejorados. Los genomas de las plantas se pueden diseñar mediante métodos físicos o mediante el uso de Agrobacterium para la entrega de secuencias alojadas en vectores binarios de ADN-T . Muchas células vegetales son pluripotentes , lo que significa que se puede cosechar una sola célula de una planta madura y luego, en las condiciones adecuadas, formar una nueva planta. Los ingenieros genéticos suelen aprovechar esta capacidad mediante la selección de células que se pueden transformar con éxito en una planta adulta que luego se puede cultivar en múltiples plantas nuevas que contienen el transgén en cada célula a través de un proceso conocido como cultivo de tejidos . [1]

Investigación

Gran parte de los avances en el campo de la ingeniería genética provienen de la experimentación con tabaco . Los principales avances en el cultivo de tejidos y los mecanismos celulares de las plantas para una amplia gama de plantas se han originado a partir de sistemas desarrollados en tabaco. [2] Fue la primera planta en ser modificada genéticamente y se considera un organismo modelo no solo para la ingeniería genética, sino para una variedad de otros campos. [3] Como tal, las herramientas y procedimientos transgénicos están bien establecidos, lo que la convierte en una de las plantas más fáciles de transformar. [4] Otro organismo modelo importante relevante para la ingeniería genética es Arabidopsis thaliana . Su genoma pequeño y su ciclo de vida corto lo hacen fácil de manipular y contiene muchos homólogos de especies de cultivos importantes. [5] Fue la primera planta secuenciada , tiene abundantes recursos bioinformáticos y puede transformarse simplemente sumergiendo una flor en una solución de Agrobacterium transformada . [6]

En la investigación, las plantas se modifican para ayudar a descubrir las funciones de ciertos genes. La forma más sencilla de hacerlo es eliminar el gen y ver qué fenotipo se desarrolla en comparación con la forma de tipo salvaje . Cualquier diferencia posiblemente sea el resultado del gen faltante. A diferencia de la mutagénesis , la ingeniería genética permite la eliminación dirigida sin alterar otros genes en el organismo. [1] Algunos genes solo se expresan en ciertos tejidos, por lo que los genes reporteros, como GUS , se pueden unir al gen de interés permitiendo la visualización de la ubicación. [7] Otras formas de probar un gen es alterarlo ligeramente y luego devolverlo a la planta y ver si todavía tiene el mismo efecto en el fenotipo. Otras estrategias incluyen unir el gen a un promotor fuerte y ver qué sucede cuando se sobreexpresa, lo que obliga a un gen a expresarse en una ubicación diferente o en diferentes etapas de desarrollo . [1]

Ornamental

Rosa "azul" de Suntory
Kenianos examinan maíz transgénico Bt resistente a insectos

Algunas plantas modificadas genéticamente son puramente ornamentales . Se modifican para el color de la flor, la fragancia, la forma de la flor y la arquitectura de la planta. [8] Las primeras plantas ornamentales modificadas genéticamente comercializaron colores alterados. [9] Los claveles se lanzaron al mercado en 1997, y el organismo modificado genéticamente más popular, una rosa azul (en realidad lavanda o malva) creada en 2004. [10] Las rosas se venden en Japón, Estados Unidos y Canadá. [11] [12] Otras plantas ornamentales modificadas genéticamente incluyen el crisantemo y la petunia . [8] Además de aumentar el valor estético, existen planes para desarrollar plantas ornamentales que utilicen menos agua o sean resistentes al frío, lo que permitiría cultivarlas fuera de sus entornos naturales. [13]

Conservación

Se ha propuesto modificar genéticamente algunas especies de plantas amenazadas de extinción para que sean resistentes a las enfermedades y a las plantas invasoras, como el barrenador esmeralda del fresno en América del Norte y la enfermedad fúngica, Ceratocystis platani , en los plátanos europeos . [14] El virus de la mancha anular de la papaya (PRSV) devastó los árboles de papaya en Hawai en el siglo XX hasta que se les dio a las plantas de papaya transgénicas resistencia derivada de patógenos. [15] Sin embargo, la modificación genética para la conservación de plantas sigue siendo principalmente especulativa. Una preocupación única es que una especie transgénica puede ya no tener suficiente parecido con la especie original para afirmar verdaderamente que la especie original está siendo conservada. En cambio, la especie transgénica puede ser genéticamente lo suficientemente diferente como para ser considerada una nueva especie, disminuyendo así el valor de conservación de la modificación genética. [14]

Cultivos

Los cultivos modificados genéticamente son plantas modificadas genéticamente que se utilizan en la agricultura . Los primeros cultivos proporcionados se utilizan para la alimentación animal o humana y proporcionan resistencia a ciertas plagas, enfermedades, condiciones ambientales, deterioro o tratamientos químicos (por ejemplo, resistencia a un herbicida ). [16] La segunda generación de cultivos tenía como objetivo mejorar la calidad, a menudo alterando el perfil de nutrientes . Los cultivos modificados genéticamente de tercera generación se pueden utilizar para fines no alimentarios, incluida la producción de agentes farmacéuticos , biocombustibles y otros bienes de utilidad industrial, así como para la biorremediación . [17]

Hay tres objetivos principales para el avance agrícola: aumento de la producción, mejores condiciones para los trabajadores agrícolas y sostenibilidad . Los cultivos transgénicos contribuyen a mejorar las cosechas al reducir la presión de los insectos, aumentar el valor de los nutrientes y tolerar diferentes estreses abióticos . A pesar de este potencial, a partir de 2018, los cultivos comercializados se limitan principalmente a cultivos comerciales como el algodón, la soja, el maíz y la canola y la gran mayoría de los rasgos introducidos proporcionan tolerancia a los herbicidas o resistencia a los insectos. [17] La ​​soja representó la mitad de todos los cultivos modificados genéticamente plantados en 2014. [18] La adopción por parte de los agricultores ha sido rápida, entre 1996 y 2013, la superficie total de tierra cultivada con cultivos transgénicos aumentó en un factor de 100, de 17.000 kilómetros cuadrados (4.200.000 acres) a 1.750.000 km 2 (432 millones de acres). [19] Sin embargo, geográficamente la distribución ha sido muy desigual, con un fuerte crecimiento en las Américas y partes de Asia y poco en Europa y África. [17] Su distribución socioeconómica ha sido más uniforme: aproximadamente el 54% de los cultivos transgénicos del mundo se cultivaron en países en desarrollo en 2013. [19]

Alimento

La mayoría de los cultivos transgénicos han sido modificados para que sean resistentes a herbicidas seleccionados, generalmente a base de glifosato o glufosinato . Los cultivos modificados genéticamente diseñados para resistir herbicidas ahora están más disponibles que las variedades resistentes criadas convencionalmente; [20] en los EE. UU., el 93% de la soja y la mayoría del maíz transgénico cultivado es tolerante al glifosato. [21] La mayoría de los genes disponibles actualmente que se utilizan para diseñar la resistencia a los insectos provienen de la bacteria Bacillus thuringiensis . La mayoría se encuentran en forma de genes de endotoxina delta conocidos como proteínas cry, mientras que unos pocos utilizan los genes que codifican proteínas insecticidas vegetativas. [22] El único gen utilizado comercialmente para proporcionar protección contra insectos que no se origina en B. thuringiensis es el inhibidor de tripsina de caupí (CpTI). CpTI fue aprobado por primera vez para su uso en algodón en 1999 y actualmente se está probando en arroz. [23] [24] Menos del uno por ciento de los cultivos transgénicos contenían otros rasgos, que incluyen proporcionar resistencia a los virus, retrasar la senescencia, modificar el color de las flores y alterar la composición de las plantas. [18] El arroz dorado es el cultivo transgénico más conocido que tiene como objetivo aumentar el valor de los nutrientes. Ha sido diseñado con tres genes que biosintetizan betacaroteno , un precursor de la vitamina A , en las partes comestibles del arroz. [25] Está destinado a producir un alimento fortificado para ser cultivado y consumido en áreas con escasez de vitamina A en la dieta . [26] una deficiencia que se estima que cada año mata a 670.000 niños menores de 5 años [27] y causa 500.000 casos adicionales de ceguera infantil irreversible. [28] El arroz dorado original produjo 1,6 μg/g de carotenoides , y un mayor desarrollo aumentó esto 23 veces. [29] En 2018 obtuvo sus primeras aprobaciones para su uso como alimento. [30]

Biofarmacéuticos

Las plantas y células vegetales han sido modificadas genéticamente para la producción de biofármacos en biorreactores , un proceso conocido como Pharming . Se ha trabajado con la lenteja de agua Lemna minor , [31] el alga Chlamydomonas reinhardtii [32] y el musgo Physcomitrella patens . [33] [34] Los biofármacos producidos incluyen citocinas , hormonas , anticuerpos , enzimas y vacunas, la mayoría de las cuales se acumulan en las semillas de las plantas. Muchos medicamentos también contienen ingredientes vegetales naturales y las vías que conducen a su producción han sido alteradas genéticamente o transferidas a otras especies vegetales para producir un mayor volumen y mejores productos. [35] Otras opciones para los biorreactores son los biopolímeros [36] y los biocombustibles . [37] A diferencia de las bacterias, las plantas pueden modificar las proteínas postraduccionalmente , lo que les permite fabricar moléculas más complejas. También presentan menos riesgo de ser contaminadas. [38] Se han cultivado terapias en células transgénicas de zanahoria y tabaco, [39] incluido un tratamiento farmacológico para la enfermedad de Gaucher . [40]

Vacunas

La producción y el almacenamiento de vacunas tienen un gran potencial en las plantas transgénicas. Las vacunas son caras de producir, transportar y administrar, por lo que tener un sistema que pudiera producirlas localmente permitiría un mayor acceso a las áreas más pobres y en desarrollo. [35] Además de purificar las vacunas expresadas en plantas, también es posible producir vacunas comestibles en plantas. Las vacunas comestibles estimulan el sistema inmunológico cuando se ingieren para proteger contra ciertas enfermedades. El almacenamiento en plantas reduce el costo a largo plazo, ya que se pueden diseminar sin la necesidad de almacenamiento en frío, no necesitan ser purificadas y tienen estabilidad a largo plazo. Además, el hecho de estar alojadas dentro de células vegetales proporciona cierta protección contra los ácidos intestinales durante la digestión; el costo de desarrollar, regular y contener plantas transgénicas es alto, lo que lleva a que la mayoría de los desarrollos actuales de vacunas basadas en plantas se apliquen a la medicina veterinaria , donde los controles no son tan estrictos. [41]

Referencias

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