Unidad 3. Metodos de transformación genética detección, identificación y cuantificación de los OGMs

Programa de la asignatura:

Biodiversidad y bioseguridad

U3

Métodos de transformación genética, detección, identificación y cuantificación de los OGMs

Ciencias de la Salud Biológicas y Ambientales | Ingeniería en Biotecnología

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Biodiversidad y bioseguridad Métodos de transformación genética, detección, identificación y cuantificación de los OGMs

Índice Presentación de la unidad ......................................................................................................... 2 Propósitos.................................................................................................................................. 2 Competencia específica ............................................................................................................ 3 Temario ..................................................................................................................................... 3 Manipulación genética de animales: transgénesis y clonación …………………………...……..4 Diseño y construcción de los primeros animales transgénicos ................................................ 5 Metodología para la construcción de animales transgénicos………………………………….....7 Animales transgénicos con fines de investigación básica y aplicada…………………..……....12 Ejemplos de transgénesis con fines comerciales……...…………………………….……….......14 Industria biotecnológica de animales transgénicos…………………………………….………....18 Plantas transgénicas………..…………………………………………………………….…………..17 La importancia de las técnicas de fitomejoramiento para incrementar la producción agrícola…………….………………………………………………………………..………………....17 Métodos de transformación genética de plantas……………………………………………….....20 Aplicaciones de la ingeniería genética de plantas……………………………………………..….29 Mejoramiento de la composición y cualidades de semillas y frutos…………………………..…30 Resistencia a virus, bacterias y hongos fitopatógenos………………………………………..….31 Alteración de la vida de anaquel de frutos……………………………………………………..…..33 Plantas transgénicas resistentes al ataque de insectos……………………………………..…...34 Las plantas como biorreactores…………………………………………………………………..…37 Producción de vacunas orales en plantas transgénicas……………………………………..…..38 Uso comercial de plantas transgénicas……………………………………………………….…...39 Transferencia de la tecnología………………………………………………………………….…..41 Detección, identificación y cuantificación de un OGM…………………………………………...42 Técnicas, recursos e instrumentos empleados…………………………………………………...43 Medidas para la resolución de las problemáticas de biodiversidad y bioseguridad……….….44 Recursos para tu ruta de aprendizaje……………………………………………………………...46 Actividades .............................................................................................................................. 47 Autorreflexiones....................................................................................................................... 48 Cierre de la unidad .................................................................................................................. 48 Para saber más ....................................................................................................................... 49 Fuentes de consulta ................................................................................................................ 51

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Presentación de la unidad En esta tercera unidad se pretende distinguir las metodologías de transformación genética generadoras de OGMs, lo cual nos permitirá dilucidar el tipo de transfección que corresponde a cada tipo de organismo vivo. Para ello, se identificarán las entidades Federativas y/o particulares encargadas de regular y monitorear la generación y uso de los OGMs, además de la detección, identificación y cuantificación de los mismos.

Con lo anterior, el objetivo final es distinguir las implicaciones ecológicas del flujo genético derivado de las diferentes ramas de la biotecnología, a través de la revisión y análisis de casos particulares.

Propósito

  

Describir las técnicas de transformación genética de los OGMs. Distinguir los métodos de detección, identificación y cuantificación de los OGMs Identificar las instituciones mexicanas encargadas de detectar OGMs.

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Competencia específica Identificar los métodos de la transformación genética de los OGMs y la forma de detección, identificación y cuantificación de un OGM, para distinguir las implicaciones ecológicas del flujo genético derivado de las diferentes ramas de la biotecnología, a través de la revisión y análisis de casos particulares.

Temario Unidad 3. Métodos de transformación genética, detección, identificación y cuantificación de los OGMs. Manipulación genética de animales: transgénesis y clonación  Diseño y construcción de los primeros animales transgénicos  Metodología para la construcción de animales transgénicos  Animales transgénicos con fines de investigación básica y aplicada  Ejemplos de transgénesis con fines comerciales  Industria biotecnológica de animales transgénicos Plantas transgénicas  La importancia de las técnicas de fitomejoramiento para incrementar la producción agrícola  Métodos de transformación genética de plantas  Aplicaciones de la ingeniería genética de plantas  Mejoramiento de la composición y cualidades de semillas y frutos  Resistencia a virus, bacterias y hongos fitopatógenos  Alteración de la vida de anaquel de frutos  Plantas transgénicas resistentes al ataque de insectos  Las plantas como biorreactores  Producción de vacunas orales en plantas transgénicas  Uso comercial de plantas transgénicas Transferencia de la tecnología Detección, identificación y cuantificación de un OGM  Técnicas, recursos e instrumentos empleados.

Medidas para la resolución de las problemáticas de biodiversidad y bioseguridad.

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Manipulación genética de animales: transgénesis y clonación Desde siempre los humanos hemos hecho uso de otros seres vivos para satisfacer nuestra necesidad de alimento, salud y vivienda, y en este proceso hemos mermado la biodiversidad, realizando manejos inadecuados con la idea errónea de que los recursos naturales eran inagotables. Aunado a esto, tenemos que los recursos naturales se agotan, la actividad agropecuaria es insuficiente y el crecimiento desmedido de la población mundial exige, año tras año, más alimentos y más medicamentos. Debido a lo anterior, la Biotecnología tiene y tendrá una importancia relevante en un futuro no muy lejano, conjuntamente con otras tecnologías (Bolívar, 2011).

Como lo define Bolívar (2011), la biotecnología es una multidisciplina fundamentada en el conocimiento generado de disciplinas diferentes, lo que ha permitido el estudio integral, la modificación y la utilización de los seres vivos del planeta, como son los microorganismos, las plantas y los animales (Figura 1).Es por lo anteriormente citado que la biotecnología busca hacer uso responsable y sustentable de la biodiversidad, mediante el desarrollo de tecnologías eficaces, limpias y competitivas para facilitar la solución de problemas de gran relevancia en materia de salud, producción agropecuaria, industrial y remediación del medio ambiente.

Figura 1. La biotecnología es una actividad multidisciplinaria, ya que está basada en varias disciplinas. Recuperado de: http://www.uam.mx/librosbiotec/uso_responsable_ogm/uso_responsable_ogm/files/assets/downloa ds/files/uso_responsable_OGM.pdf

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Figura 2. El ADN es la molécula en donde reside la información genética de todos los seres vivos.

Las técnicas de ingeniería genética permiten sintetizar y aislar genes de cualquier origen y con estos genes es posible construir los organismos transgénicos.

Recuperado de: http://www.uam.mx/librosbiotec/uso_responsable_ogm/uso_responsable_ogm/files/assets/downloa ds/files/uso_responsable_OGM.pdf

Diseño y construcción de los primeros animales transgénicos El funcionamiento de los organismos vivos está gobernado por conjuntos de genes. Las diferencias en su contenido y las variaciones en cómo estos se organizan a lo largo de los cromosomas determinan las características de cada una de las especies. Al cambiar esta disposición, se modifica la estructura y el desempeño original de los organismos. Este proceso puede darse al transferir un gene responsable de determinada característica de un organismo a otro, al cual se le pretende incorporar la nueva característica. De ahí el nombre Organismo Transgénico o Genéticamente Modificado (OGM). Esta tecnología permite transferir información genética de plantas, bacterias o virus hacia otros organismos, combinar genes de vegetales con otros vegetales, de animales entre sí o de vegetales con animales, superando las llamadas “barreras naturales” que diferencian a unas especies de otras (Gordon, 1982; citado por Barrera, et al. 2011).

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Los animales modificados genéticamente son aquellos a los cuales fueron modificados sus genomas por la inserción de fragmentos de ADN al inicio de su desarrollo embrionario, para eliminar, cambiar o combinar características genéticamente deseables de la misma especie o de otra (Barrera, 1992). Los animales transgénicos se han empleado para estudiar la función de genes y para generar modelos de estudio de enfermedades humanas. También se han podido emplear como biorreactores industriales para producir elementos biológicos de uso humano, como son las hormonas, proteínas de importancia médica y órganos, para trasplantes que no presenten el rechazo inmune (Barrera, 2011).

En el área pecuaria se está trabajando intensamente para generar transgénicos que mejoren la calidad y cantidad de los alimentos de origen animal. Los animales transgénicos no se han estudiado tanto como las plantas (las cuales ya se pueden encontrar en el mercado), pero sus estudios resultan muy relevantes por las contribuciones que pueden hacer al conocimiento de la fisiología y genética de los animales, extrapolándola en suma a la raza humana (Barrera, 1992).

Los primeros ensayos para generar ratones transgénicos fueron publicados en 1980 (Gordon, 1980, citado por Barrera, et al. 2011) y consistieron en la inyección de ADN de ratón en uno de los pronúcleos de un cigoto de la misma especie (generalmente el masculino por ser el de mayor tamaño). Con esto se inició una nueva era en la manipulación genética de embriones de mamíferos.

En 1981 se demostró la integración y transmisión estable a través de la línea germinal de genes inyectados en pronúcleos de cigotos de ratón obtenidos por fertilización in vitro. El paso siguiente consistió en demostrar que también se podían obtener ratones transgénicos que incorporaran en su genoma un gene de otra especie. Pero tal vez el experimento más dramático consistió en demostrar que el producto de un transgene, el correspondiente a la hormona del crecimiento (GH), inducía un cambio fenotípico dramático en el ratón transgénico (Palmiter, 1982, citado por Barrera, et al. 2011) (Figura 3).

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Figura 3. Ratones transgénicos para la hormona del crecimiento. El ratón de la izquierda es transgénico al portar el gene de la hormona del crecimiento de la rata, mientras que el de la derecha no lo es y pertenece a la misma camada. Recuperado de: http://www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/ModuloX.pdf

El método de transgénesis más empleado ha sido la microinyección de ADN en el pronúcleo de cigotos según lo indican las estadísticas. A pesar de ello, la eficiencia de la transgénesis es baja, debido a que una proporción de animales transgénicos por lo regular no presentan el patrón de expresión génica esperado. Por lo tanto la importancia de comprender desde el punto de vista de la biología básica cómo se puede mejorar y optimizar la expresión de un transgén es relevante, además de la importancia para las aplicaciones en biotecnología y terapia génica, donde solamente del 1 al 3% de los animales poseen las características buscadas (Barrera, 2011).

Metodología para la construcción de animales transgénicos La transgénesis es una herramienta útil para el estudio de la expresión tejido-específico de genes, el desarrollo de modelos de enfermedades del humano y para fabricar proteínas terapéuticas (Behringer, 1988, citado por Barrera, et al. 2011). En la actualidad se puede llevar acabo por varias técnicas que presentan ventajas y desventajas, dependiendo de lo que se quiera lograr. En general se dividen en tres grupos: físicos, químicos y biológicos; en la mayoría de las ocasiones es común la utilización de dos y hasta de tres de estos procedimientos a la vez (Barrera, 2011). a) Métodos físicos Los métodos físicos de transgénesis se caracterizan por la utilización de adyuvantes como la corriente eléctrica directa (en el caso de la electroporación) y ondas sonoras de Universidad Abierta y a Distancia de México

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baja frecuencia (como en el caso de la sonicación), por mencionar algunas de las técnicas integrantes de este apartado. Sin embargo, la técnica más utilizada tanto para transgénesis como para clonación es la microinyección directa (Hammer, 1985, citado por Barrera, et al. 2011: p 135).

Microinyección La técnica de transferencia de genes más utilizada en mamíferos y la más exitosa es la microinyección directa de “ADN desnudo” en los pronúcleos del óvulo recién fecundado, o en el citoplasma en el caso de vertebrados inferiores e invertebrados (Figura 4). Una vez realizada la microinyección, los óvulos se introducen en los oviductos de hembras receptoras en las que se han sincronizado las condiciones del oviducto mediante el apareamiento previo con un macho vasectomizado (Gordon, 1981, citado por Barrera, et al. 2011: p 136).

Los ovocitos pueden tolerar la microinyección de genes y ser cultivados in vitro hasta un estado de desarrollo más avanzado (blastocisto) (Hoshi ,2003; Krimpenfort, 2001, citado por Barrera, et al. 2011: p 136). La principal ventaja de este método es la facilidad con que se aplica en una amplia variedad de especies, siendo los ratones los primeros organismos transgénicos obtenidos mediante este método (Barrera, 2011). La eficiencia inicial obtenida fue del 2% de integración génica en el total de embriones tratados, la que posteriormente ha aumentado a niveles del 30%. La obtención de embriones transgénicos mediante esta técnica también se ha logrado en animales superiores (Barrera, 2011).

Figura 4. Microinyección de ovocitos de ratón para insertar un gene foráneo. Mientras un capilar succiona para fijar al ovocito, otro en forma de aguja penetra hasta el pronúcleo masculino (el más grande) para depositar la solución con el gene de interés.

Recuperado de: http://www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/ModuloX.pdf

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Sonicación La sonicación se basa en la transferencia de genes en protoplastos y en células intactas de vegetales. Su mecanismo está basado en las características acústicas de las ondas sonoras, particularmente a bajas energías (Hammer, 1985, citado por Barrera, et al.

2011). Empleando este método se ha introducido ADN plasmídico en protoplastos, lográndose una expresión transitoria de un gene. El mecanismo preciso de permeabilización de la membrana inducido por la sonicación es aún desconocido, pero por la sencillez del equipo requerido y la posibilidad de poder ser utilizada en ovocitos, células en suspensión y fragmentos de tejido, esta técnica tiene un gran potencial en el área pecuaria. Los efectos colaterales de este proceso involucran la formación de radicales libres, daños en la pared celular, alteraciones en la permeabilidad de la membrana, y cambios de tipo fisiológico (Monti, 1987; Ryman, 1979, citado por Barrera, et al. 2011).

Electroporación Una manera práctica de introducir medicamentos, ADN y otras moléculas en las células es la electroporación, muy popular en los años 80´s. Sólo hasta finales de esa década, los científicos la utilizaron en tejido fino multicelular (Trezise, 2002, citado por Barrera, et al.

2011, p 137) (Figura 5). La incorporación eficiente del ADN del medio mediante los blastocistos, se logra si se les somete a electroporación. Si se dispone de blastocistos que contengan células competentes, el ADN exógeno es integrado fácilmente vía recombinación no-homóloga (Inoue, 2002 citado por Barrera, et al. 2011: p 137). La inducción de electroporos es afectada por factores importantes, eso ha sido demostrado mediante la investigación, tales como la variabilidad biológica que pudiera existir entre célula y célula, aunque los cambios tanto fenotípicos como genotípicos resultaran mínimos. Algunos parámetros a tomar en cuenta al utilizar esta técnica para manipular cada uno de los diferentes tipos celulares son el voltaje, el tiempo y el diámetro del poro.

Es una de las técnicas más socorridas en materia de aplicación a pesar de su poca explotación (Taghian, 1995, citado por Barrera, et al. 2011: p 138).

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Figura 5. Diagrama de flujo en la electroporación. La membrana celular es permeabilizada al ADN y a proteínas por el pulso eléctrico al que se someten por instantes. Recuperado de: http://www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/ModuloX.pdf

b) Métodos químicos En la actualidad se están diseñando productos, monoméricos y poliméricos, útiles para la transferencia de ADN al interior de la célula. (Barrera, 2011).

Fibras. Es un método reciente de transferencia de ADN mediante fibras que actúan como micro agujas. Consiste en un bombardeo con partículas que pueden ser de oro o tungsteno recubiertas con ADN dirigidas hacía los tejidos, células y órganos. Así, el bombardeo del ADN se realiza y se obtiene la expresión transitoria del gene (Dileo, 2000; Qiu, 1996, citados por Barrera, et al. 2011).

Liposomas. Este método ofrece como ventaja la protección contra las nucleasas que proporciona la membrana con respecto a la transferencia directa de ADN. Sin embargo, la desventaja es la baja eficacia de transfección por el alto grado de toxicidad celular (Carballada, 2000, citado por Barrera, et al. 2011).

c) Métodos biológicos Existen diferentes métodos de incorporación de ADN externo en animales, mediante las técnicas de transfección celular y la tecnología de transferencia nuclear. La generación de estos nuevos animales transgénicos se puede lograr mediante vectores tales como virus, vectores espermáticos y células estaminales (Rojas- Martínez, 2002, citado por Barrera, et al. 2011).

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Virus. Los virus, por su gran capacidad de infección, se han empleado como vectores para introducir genes dentro del embrión (aves, ratones) en experimentos in vitro (Inesi, 1998; MacKay, 1987, citado por Barrera, et al. 2011). Los retrovirus son capaces de transportar la secuencia génica que se quiera insertar hasta el núcleo de las células receptoras. La integración del gene es aleatoria en el genoma y la expresión depende de la función de los sitios que se integre. Los animales que nacen con este método se conocen como quimeras y no siempre expresan el nuevo gene insertado, porque no todas sus células lo portan. Después se cruzan los animales quiméricos y se obtiene organismo con el gen transferido en todas sus células. (Williams, 1998, citado por Barrera, et al. 2011).

Vectores espermáticos. El uso de los espermatozoides para transportar genes hacia el interior de los óvulos ha dado lugar a animales transgénicos. Esta técnica se ha utilizado en varios animales, entre ellos aves, bovinos, peces y porcinos en los que se reportan resultados todavía pobres y los transgenes han sufrido modificaciones severas en la estructura. En los ovinos esta técnica ha dado buenos resultados, obteniendo embriones transgénicos sin modificaciones en el genoma. (Perry, 1999, citado por Barrera, et al. 2011).

Células estaminales. Las células estaminales (CE) son células indiferenciadas capaces de generar cualquier tipo de células del organismo. En condiciones adecuadas pueden ser cultivadas en el laboratorio para someterse a modificaciones genéticas en forma predeterminada y la eliminación o sustitución de un gene. Esto se logra con la selección en los cultivos de aquellas células en cuyos genomas se efectuaron los procesos de recombinación diseñados (Thompson, 1989, citado por Barrera, et al. 2011). Las CE modificadas se inyectan en embriones, en etapa de blastocisto, esto es, dependiendo de la especie, 4 a 7 días después de la fecundación, el animal resultante (quimera) posteriormente se somete a cruzas, buscando que algunos espermatozoides positivos para la modificación genética fertilice un óvulo igualmente modificado, con lo que se obtendrá el transgénico con las características deseadas (Gossler, 1986 citado por Barrera, et al. 2011). Este método ha dado buenos resultados en ratones, pero todavía no se han realizado este tipo de pruebas en animales superiores.

(Mansour, 1998, citado por Barrera, et al. 2011).

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Animales transgénicos con fines de investigación básica y aplicada En las universidades e institutos de investigación en conjunto con la industria farmacéutica se realizan investigaciones con animales, modificando el genoma introduciendo, inactivando y reemplazando genes en los animales, con la finalidad de modificar sus genes creando animales transgénicos. Las aplicaciones del uso de estos animales (investigación, medicina y la biotecnología) son una herramienta importante para conocer la función y expresión de los genes.

Entre los animales transgénicos que se han generado con el propósito de una aplicación específica destacan las vacas (mejores productoras de leche), las ovejas (mejores productoras de lana) y los peces (crecen más grandes y toleran temperaturas más frías) (Barrera, 2011).

La investigación en transgénesis aplicada a la producción animal está siendo abordada principalmente en los siguientes temas: a) Modificación de la utilidad de la leche mediante de la incorporación de proteínas foráneas Para la industria lechera una gran alternativa es la producción de proteínas de interés farmacéutico mediante animales transgénicos, ya que se requieren pocos animales para esos efectos y el costo disminuye cincuenta veces respecto a los métodos clásicos de producción de dichos compuestos (Brink, 2000, citado por Barrera, et al. 2011).

Cerca de 50 proteínas para uso humano, como son algunas de las cerca de 50 proteínas heterólogas para uso humano, se han producido a partir de leche de conejas, cerdas y cabras transgénicas. Pero estos productos aún no se han comercializado debido a que no son completamente funcionales. Se espera que las técnicas de transgénesis se perfecciones para hacer realidad su producción en la industria farmacéutica. (Wilkins, 1992, citado por Barrera, et al. 2011) (Tabla 1).

Tabla 1. Producción de proteínas recombinantes en la leche de mamíferos transgénicos en diferentes especies Animales transgénicos producidos Especie

% descendencia

% embriones inyectados y transferidos

Meses para obtener la F2

Costo en dólares estimado de

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Proteína producida en la leche (por lactación)

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Ratón Conejo Porcino Ovino Bovino

17.3 12.8 9.2 8.3 3.6

2.6 1.5 0.9 0.9 0.7

7.5 17 38 52 100

cada animal transgénico US $121 US $25 000 US $60 000 US $546 000

1g 1 Kg 200 Kg 100 Kg 1000 Kg

b) Mejoramiento de respuesta inmunitaria a ciertas enfermedades Principalmente por tradición es como se ha llevado a cabo el control de enfermedades en producción animal mediante erradicación, vacunación y selección genética. Por lo tanto el empleo de las técnicas de ingeniería genética aplicada, como puede ser la vacunación directa con ADN desnudo, tiene como objetivo inducir la formación de anticuerpos específicos para cierto patógeno (Mendoza, 1997, citado por Barrera, et al. 2011).

c) Mejoramiento de ciertas funciones biológicas importantes, como la reproducción y el desarrollo Debemos conocer la ubicación de un gene y sus efectos fisiológicos para aislarlo y transferirlo a animales de diferente especie o de la misma, y de esta manera mejorar su respuesta productiva. Un ejemplo de esta situación se realizó en salmones, donde se aisló y transfirió el gen responsable de la síntesis de la hormona del crecimiento en el salmón, lográndose individuos transgénicos que en promedio crecieron un 20 a 30 % más que los individuos normales (Mori, 1999, citado por Barrera, et al. 2011: p 140).

Por otro lado, cabe señalar que los ratones son excelentes modelos debido a su fácil manejo y bajo costo. Por ejemplo: la Universidad de Rochester ha creado un tipo de animal manipulado genéticamente que muestra síntomas de distrofia muscular miotónica, la distrofia se caracteriza por una debilidad muscular progresiva, contra la cual no hay tratamiento en la actualidad. La generación de los ratones transgénicos acelerará el proceso del desarrollo para el tratamiento. Sin un modelo animal apropiado, podría llevar décadas encontrar un tratamiento para dicha enfermedad (Seznec, 2001; Mankodi, 2000, citado por Barrera, et al. 2011).

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Ejemplos de transgénesis con fines comerciales Porcinos En la actualidad se han producido cerdos transgénicos para la producción de órganos para xenotrasplantes. Los animales deben ser transgénicos, ya que se tiene que modificar sus genes de histocompatibilidad para que el órgano trasplantado no produzca rechazo (Figura 6) (Vanhove, 1996, citado por Barrera, et al. 2011).

Figura 6. Cerdo transgénico con órganos transplantables. La creación y el diseño de modelos transgénicos porcinos alterados en los genes involucrados en la histocompatibilidad, está demostrando ser una alternativa viable para la generación de órganos “humanizados” para transplantes. Recuperado de: http://web.cua.uam.mx/docs/CNI/profesores/archivos/295.pdf

Bajo circunstancias normales, un trasplante del órgano de un animal sería rechazado por el sistema inmune del paciente debido a que las células del órgano animal se detectan como extrañas. Sin embargo, insertando genes que sinteticen glicoproteínas idénticas a las humanas, se espera que el órgano sea reconocido como propio por el sistema inmune del paciente y que no sea atacado por las células que protegen al cuerpo. La utilización de cerdos transgénicos como reservorio de órganos para trasplantes podría ser la solución a la escasez de órganos. Así se lograría cubrir las demandas de los pacientes que requieran un órgano sin estar en largas listas de espera a que haya un donador (Barrera, 2011).

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Aves transgénicas Los pollos transgénicos se usan para mejorar las líneas y conferir resistencia a virus, bacterias, menor contenido graso y menos colesterol en los huevos (Ivarie, 1998, por Barrera, et al. 2011, p 144). Una empresa biotecnológica estadounidense ha producido gallinas transgénicas capaces de poner huevos que sintetizan anticuerpos humanos, esto permitirá producir fármacos más económicos de difícil producción (Barrera, 2011).

Actualmente las compañías Gene Works y AviGenics intentan convertir los oviductos de las aves en Biorreactores logrando producir proteínas humanas de interés biomédico en los huevos de las gallinas transformadas. Para lograr gallinas transgénica los investigadores microinyectan genes humanos en el blastodermo de embriones de un día de desarrollo, utilizando de transferencia un virus desactivado (Shuman, 1991, citado por Barrera, et al. 2011: p 144). Los genes humanos insertados alcanzan las células primordiales del blastodermo, posteriormente se convertirán en células espermáticas y ovocitos. De esta forma se garantiza que la manipulación de las gallinas sea heredada a su descendencia (Barrera, 2011).

Industria biotecnológica de animales transgénicos El potencial de los animales transgénicos mediante el empleo biotecnológico radica en que se pueden producir grandes cantidades de sustancias que anteriormente sólo se obtenían en diminutas cantidades, abaratar los costos de producción, tener mayor seguridad en los productos obtenidos y mejorar de caracteres de resistencia a enfermedades (Barrera, 2011).

La biotecnología ha aplicado técnicas experimentales de transgénesis estableciendo las primeras granjas farmacéuticas en que se crían ovejas, cabras, vacas o cerdas transgénicas que producen leche con proteínas terapéuticas humanas (Velander, 1997, citado por Barrera, et al. 2011).

Clonación animal Barrera (2011) menciona que en el origen de la evolución, la reproducción de los seres vivos se llevaba a cabo asexualmente, los seres con los que se inició la vida eran idénticos a sus padres y que Biológicamente nuestros orígenes fueron clones. El principio de la clonación está fundamentado en la obtención de organismos idénticos genéticamente y por lo tanto morfológica y fisiológicamente muy similares, como en el caso de dos gemelos univitelinos (Barrera, 2011).

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Métodos de clonación Los métodos de clonación han sido cuestionados por numerosas organizaciones, lo cierto es que estos métodos han facilitado y limpian el camino para el entendimiento de la diferenciación celular y para mejoramiento de las especies, a través de la explotación de las características de cada especie y a la rediferenciación del genoma (Figura 7). A continuación se mencionan los principales enfoques metodológicos de la clonación animal (Cibellie, s.f.).

Figura 7. La primera generación de mamíferos clonados. La oveja Dolly (a la izquierda del panel izquierdo) fue el primer animal clonado y Polly (a la izquierda del panel de la derecha, junto a su madre adoptiva) el primer transgénico en serlo. Recuperado de: http://web.cua.uam.mx/docs/CNI/profesores/archivos/295.pdf

Disgregación celular. Es el mismo principio por el que nacen gemelos de forma natural. Se separan las células de un embrión en las primeras etapas del desarrollo, cada célula separada por ser una célula indiferenciada, permite desarrollarse para dar lugar a un individuo completo (Bertolini, 2002, citado por Barrera, et al. 2011, p 153).

Transferencia nuclear. Se toman células embrionarias en fase de mórula obtenidas por disgregación, se cultivan in vitro y después se trasladan a ovocitos a los que se les ha quitado el núcleo. Se provoca la disolución de las dos células animales de modo que el núcleo de la célula embrionaria quede en el interior del ovocito, pudiendo éste funcionar como un cigoto (Wolf, 2001, citado por Barrera, et al.

2011, p 153).

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Aplicaciones de la clonación Algunas de las aplicaciones de la clonación se mencionan a continuación, en diferentes áreas de impacto: Producción pecuaria. Obtener copias de animales de alto valor productivo como mayor producción de leche, mejor calidad de carne, mayor velocidad de crecimiento.

Sanidad animal. Animales con r resistencia a ciertas enfermedades del ganado.

Resguardo y salvaguarda de especies animales en peligro de extinción: Por medio de la clonación permitirá reproducir especies que estén en peligro de extinción.

Xenotransplantes: La clonación de animales transgénicos permitirá obtener órganos como corazón, riñones e hígado que puedan trasplantarse a los humanos (Barrera, 2011).

Plantas transgénicas La constante demanda de alimento, vestido y obtención de materias primas para la elaboración de diversos productos por parte de la raza humana ha propiciado que las plantas de interés para el hombre hayan sido cultivadas, seleccionadas y consecuentemente mejoradas desde el inicio de la agricultura para obtener mayor rendimiento, calidad nutricional, facilidad de cultivo y resistencia a los agentes bióticos o abióticos que las afectan (Herrera y Martínez, 2011).

La importancia de las técnicas de fitomejoramiento para incrementar la producción agrícola Desde el comienzo de la agricultura y la aplicación de técnicas agrícolas, el ser humano ha estado en la búsqueda de nuevas y mejores variaciones biológicas. Mediante las técnicas agrícolas de hibridación se ha logrado crear combinaciones muy difíciles de obtener de otra manera (Figura 8).

La distribución de genes alrededor del mundo se ha logrado al plantar cultivos que no son nativos del lugar. Este mejoramiento ha llegado hasta la aplicación de la ingeniera genética, que tiene como objetivo primordial ayudar a resolver problemas tales como el fitomejoramiento con la premisa de elevar el rendimiento de producción o aumentar el

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contenido de algún compuesto en específico, mejorar la resistencia a plagas, enfermedades y condiciones adversas como la sequía y el frío (Raney et al, 2004).

Figura 8. En la figura se muestra en método para hacer la selección de los mejores híbridos.

Recuperado de: http://asabiotecnologia.com.ar/fitomejoramiento

Como lo mencionan Herrera y Martínez (2010), el fitomejoramiento comienza con los experimentos realizados por Gregor Mendel, en los que concluyó que las características de los organismos están dadas por factores discretos heredables (en este caso hablamos de los genes), con este conocimiento comenzó la producción de cultivares mejorados mediante cruzas dirigidas entre individuos de la misma especie o de especies estrechamente relacionadas. Por medio de numerosos eventos de cruzas y retrocruzas en ciclos subsecuentes de cultivo, se seleccionan los individuos sobresalientes mediante laboriosas pruebas de campo hasta obtener una generación que tenga la característica buscada y es entonces cuando se reconoce como una nueva variedad (Figura 9). Una limitante en este proceso de producción de nuevas variedades es la incompatibilidad sexual entre las especies de plantas seleccionadas como progenitores, y que si la divergencia genética entre las especies involucradas es muy grande, la probabilidad de

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obtener semillas viables de tal cruza es demasiado baja y mayor será el número de generaciones requerido para incorporar en la progenie el carácter elegido.

Figura 9. En la figura se muestra cómo se lleva a cabo la selección de plantas con características interesantes para obtener una línea pura después de sucesivas autofecundaciones. Recuperado de: http://asabiotecnologia.com.ar/fitomejoramiento

Las técnicas de fitomejoramiento tradicional resultan ya insuficientes para incrementar la producción agrícola para satisfacer la creciente demanda de alimentos y además tienen el inconveniente de haber producido variedades vegetales extremadamente dependientes de agroquímicos. Los programas de fitomejoramiento actuales siguen teniendo como premisa aumentar el rendimiento, disminuir las pérdidas por plagas y enfermedades y reducir los costos de producción. Pero hoy en día el interés se centra en la generación de cultivos agrícolas para generar productos de alto valor agregado para usos en la industria química, alimenticia y farmacéutica y es aquí donde la ingeniería genética se presenta como una poderosa alternativa para obtener cultivares transgénicos que superen en su

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productividad y calidad a sus contrapartes obtenidas por métodos tradicionales (Herrera y Martínez, 2011).

Para los investigadores Herrera y Martínez (2011) la ingeniería genética abre la posibilidad de manipular directamente la información genética de cualquier ser vivo, e incluso posibilita la creación de genes sintéticos rompiendo las barreras impuestas por la incompatibilidad sexual y esto hace que se puedan introducir genes provenientes de otras especies vegetales evolutivamente distantes, incluso de hongos, virus, bacterias y animales; teniendo la ventaja de que esta modificación se lleva a cabo en un ciclo, por lo tanto para la obtención de plantas transgénicas empleando alguna de las técnicas disponibles representa hoy en día uno de los medios más versátil y preciso para producir variedades vegetales mejoradas.

Métodos de transformación genética de plantas Herrera y Martínez (2011) hacen referencia a que la generación de los OGMs ahora es posible gracias a las metodologías del ADN recombinante mediante su manipulación en el laboratorio, y que en el caso de las plantas para poder introducir nueva información genética se deben de cumplir dos requisitos: a) Disponer de un método para la regeneración in vitro de la especie de interés, y b) Contar con un método de transformación eficiente para la misma.

Para lograr la transformación requerida es necesario que el método empleado permita la correcta introducción del material genético, que sea una integración estable, funcional y heredable en el genoma vegetal. Una vez logrado esto se debe de llevar a cabo la regeneración de individuos transgénicos que contengan la nueva información genética, esto se puede lograr gracias a las técnicas de cultivo de tejidos que hacen posible que a partir de cualquier célula o tejido se puedan regenerar plantas completas (Herrera y Martínez, 2011).

Herrera y Martínez (2011) exponen que existen diversos métodos de transformación genética de los cuales se han obtenido las plantas transgénicas, entre los cuales se tiene un método biológico y por lo tanto natural, que está basado en el empleo de una bacteria llamada Agrobacterium tumefaciens. Pero existen métodos alternativos entre los cuales se pueden mencionar protocolos fisicoquímicos de transformación directa, como la electroporación de protoplastos y los tratamientos con polietilenglicol (PEG) y cloruro de calcio (CaCl2), y métodos físicos, como el bombardeo con micropartículas recubiertas de ADN también llamado biobalística (Tabla 2).

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Tabla 2. Especies vegetales transformadas y métodos de transformación Nombre común Maíz Trigo Tritordeum Cebada Arroz Avena Centeno Caña de azúcar Espárrago Ajo Cebolla Pasto Pasto Pasto Pasto Pasto bandera Orquídea Piña Platano Cassava Ginseng Tobaco Papa Tomate Petunia Soya Frijol Alfalfa Cacahuate Acacia Algodón

Nombre Científico Método de transformación Angiospermas Monocotiledóneas Zea mays Agrobacterium, Biobalística, Electroporación, fibras de carbón Triticum aestivum Agrobacterium, Biobalística Hordeum X Triticum Biobalística anfiploide Hordeum vulgare Agrobacterium, Biobalística Oryza sativa Agrobacterium, Biobalística, Electroporación, Microinyección Avena sativum Biobalística Secale cereale Biobalística Saccharum officinarum Biobalística Asparagus officcinalis Agrobacterium, Biobalística Allium sativum Agrobacterium Allium cepa Agrobacterium Dactylis glomerata Biobalística Panicum virgatum Biobalística Paspalum notatum Biobalística Agrostis palustris Biobalística Boutelua gracilis Biobalística Dendrobium x Jaquelyn Biobalística Thomas hybrid Ananas comosus Agrobacterium Musa spp.

Agrobacterium, Biobalística Manihot esculenta Biobalística Panax quinquefolius Agrobacterium Angiospermas Dicotiledóneas Nicotiana tabacum, Agrobacterium, Biobalística, Electroporación, PEG Solanum tuberosum Agrobacterium, Biobalística Lycopersicon Agrobacterium, Biobalística esculentum Petunia hybrida Agrobacterium Glycine max Agrobacterium, Biobalística Phaseolus vulgaris Biobalística Medicago sativa Agrobacterium, Biobalística Arachis hypogea Agrobacterium Acacia mangium Agrobacterium Gossypium hirsutum Biobalística

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Lino Girasol Arabidopsis Zanahoria Repollo chino.

Canola Lechuga Jute Camote Papaya Mandarina Toronja Lima Pera Ciruelo Manzano Almendro Berries Frambuesa Alerce europeo Pepino Melón Vid Café Té Menta Opio Álamo blanco Nogal Nuez de la india Eucalipto

Árbol del hule Abeto noruego Abeto blanco Pino

Linum usitatissimum Helianthus annus Arabidopsis thaliana Daucus carota Brassica campestris ssp pekinensis Brassica napus

Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium, Electroporación, Microinyección Agrobacterium Biobalística Agrobacterium Biobalística Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium Biobalística Agrobacterium Agrobacterium Agrobacterium

Lactuca sativa Corchorus capsularis Ipomoea batatas Carica papaya Citrus reticulata Citrus paradisi Citrus aurantifolia Pyrus communis Prunus domestica Malus x domestica Prunus dulcis Rubus ideaus Rubus spp.

Larix kaempferi Cucumis sativus Cucumis melo Vitis vinifera Coffea canephora C. arabica Camellia sinensis Agrobacterium Mentha x piperita L. Agrobacterium Papaver somniferum Agrobacterium Populus alba Agrobacterium, Biobalística Carya illinoensis Agrobacterium Juglans regia Agrobacterium Eucalyptus Agrobacterium, Biobalística camaldulensis E. globulus Hevea brasiliensis Biobalística Gimnospermas Picea abies Biobalística Picea glauca Biobalística Pinus radiata Biobalística

Recuperado de: http://www.redalyc.org/pdf/730/73000202.pdf

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El señalamiento de Herrera y Martínez (2011) es que mediante el estudio detallado del mecanismo de infección de la bacteria fitopatógena Agrobacterium tumefaciens se diseñó el primer método para la transformación de células vegetales, que ha resultado el más exitoso y por consecuencia el más usado, pero la supuesta incapacidad de Agrobacterium para infectar plantas monocotiledóneas, fue la limitante por mucho tiempo para transformar cultivos de interés como arroz, trigo y maíz.

En ese lapso de tiempo, entonces, ¿Qué generó esa disyuntiva de no poder emplear Agrobacterium en plantas monocotiledóneas?, pues, como lo afirman Herrera y Martínez (2011): “[Este hecho] impulsó la búsqueda de técnicas alternativas y así surgieron la introducción de ADN a células desprovistas de pared celular (protoplastos), utilizando sustancias permeabilizantes de la membrana plasmática, como el polietilenglicol, la aplicación de pulsos eléctricos de alto voltaje que abren poros en la membrana (electroporación) y la microinyección, que no es otra cosa que la introducción directa de ADN en el núcleo de las células vegetales.

La aplicación de estos métodos ha sido muy limitada, ya sea por las inconveniencias que representan el poder regenerar plantas completas a partir de protoplastos o por lo difícil e impráctico que resulta utilizar la microinyección con fines masivos y comerciales.

Las dificultades para la transformación de cereales fueron vencidas cuando, en 1987, se diseñó un acelerador de partículas con el cual es posible bombardear células o segmentos de tejido vegetal con micropartículas recubiertas de ADN. Este método, también conocido como biobalística, que permitió la transformación de maíz y arroz, también se ha empleado exitosamente para transformar diferentes especies vegetales de gran importancia alimenticia a escala mundial” (Herrera y Martínez, 2011).

El sistema de Agrobacterium tumefaciens Herrera y Martínez (2011) describen que las bacterias A. tumefaciens y A. rhizogenes son los agentes causales de las enfermedades denominadas “agalla de la corona” (A. tumefaciens) que se caracteriza por la formación de un tumor y de la “raíz pilosa” (A. rhizogenes) por el crecimiento anormal de raíces, en zonas circundantes a las heridas.

Agrobacterium por lo tanto representa al ingeniero genético de la naturaleza, ya que su mecanismo de infección es muy singular, una vez que la bacteria penetra en la planta por alguna herida el microorganismo inserta un segmento de su ADN, denominado T-ADN Universidad Abierta y a Distancia de México

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(ADN transferido), en el genoma de las células infectadas (Figura 10). Dicho T-ADN, contenido en plásmidos llamados Ti (inductor de tumores) en A. tumefaciens, y Ri (inductor de raíces) en A. rhizogenes, contiene tanto genes responsables de la síntesis de reguladores del crecimiento vegetal, causantes del crecimiento anormal típico de las enfermedades causadas por estas bacterias, como genes para la síntesis de productos inusuales nitrocarbonados denominados opinas, que el microorganismo utiliza como alimento para su desarrollo y reproducción.

Figura 10. Formación de un tumor (crown gall o agalla de la corona) en una planta infectada por Agrobacterium tumefaciens. Recuperado de: http://apuntesbiologiamol.blogspot.mx/2014/05/aplicaciones-de-la-biologia-molecular_16.html

Con este conocimiento, varios investigadores se dedicaron a realizar modificaciones a los plásmidos Ti/Ri, conservando solo las secuencias necesarias para la transmisión e integración del T-ADN en el genoma vegetal, para ello removieron los genes bacterianos responsables de la formación de tumores o raíces (cepas no oncogénicas o desarmadas).

Con estas modificaciones a los plásmidos se pudieron crear los vectores binarios que no son más que los bordes del T-ADN transferidos a plásmidos pequeños de 8 a 10 kb para poder realizar más fácilmente la inserción de los genes heterológos. Por lo tanto, la generación de plantas transgénicas se logra “infectando” segmentos de una planta, que pueden ser de hoja, tallo o cotiledón con cepas de Agrobacterium desarmadas y vectores binarios, para recuperar plantas completas por medio de un proceso de regeneración por cultivo de tejidos (Herrera y Martínez, 2011).

En todo proceso de transformación genética pueden presentar algunos eventos, entre los cuales se pueden mencionar los efectos de la región genómica donde se lleva a cabo la Universidad Abierta y a Distancia de México

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inserción y el número de genes que se logran integrar, que alteran la expresión de los genes transferidos.

Usualmente se obtienen entre 50 y 100 eventos independientes de transformación y para garantizar que las plantas transformadas expresen el transgén de interés en un nivel adecuado al fin específico que se persigue y evitar usar plantas que hayan sufrido alteraciones debidas a la inserción del T- ADN, todas esas plantas deben ser ampliamente probadas, primero a nivel de laboratorio e invernadero y después a nivel de campo, y de esta forma seleccionar las plantas que expresen adecuadamente la nueva característica genética y que todas sus propiedades agronómicas y alimentarias sean indistinguibles de la planta original (Herrera y Martínez, 2011).

Este sistema de transformación mediante Agrobacterium, como lo exponen Herrera y Martínez (2011), aún se considera la mejor opción en cuanto a recuperación de plantas transgénicas de especies sobre la que no existen antecedentes al respecto. Ha sido exitosamente empleada para la obtención de plantas transgénicas de gran variedad de especies dicotiledóneas y, actualmente este sistema es posible de emplearse en cualquier especie vegetal (Figura 11), ya que con él se ha logrado la transformación de maíz y arroz que son especies monocotiledóneas.

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Figura 11. En la imagen se muestra en método de transformación in vitro mediante Agrobacterium tumefaciens. Recuperado de: http://www.porquebiotecnologia.com.ar/?action=cuaderno&opt=5&tipo=1&note=18

El uso de esta bacteria como herramienta en ingeniería genética de plantas ha proporcionado cimientos en la formulación de modelos de señalización celular, transporte de célula a célula, importe nuclear de proteínas y ADN y mecanismos de integración genómica (Tzfira y Citovsky, 2000; citado por Gonzales, s.f.).

Biobalística El método no biológico diseñado más recientemente es el bombardeo con microproyectiles o biolística, que consiste en recubrir partículas esféricas de oro o tungsteno (entre 0.4 y 1.2 μ de diámetro) con ADN, este ADN previamente precipitado con CaCl2, espermidina o PEG. Mediante un equipo especial llamado pistola de Universidad Abierta y a Distancia de México

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partículas, las esferas de oro recubiertas con ADN son aceleradas a altas velocidades (300-600 m/s), usando helio a altas presiones para generar la propulsión (Figura 12). Lo que se busca es que los proyectiles acelerados penetren la pared celular y la membrana de la célula, dicha penetración puede controlarse regulando la potencia del estallido, alterando la distancia que las partículas han de atravesar para alcanzar la célula o utilizando partículas de diferentes tamaños (Carranza, s.f.).

Figura 12. En la imagen se muestra en funcionamiento del equipo empleado para realizar la transformación genética de plantas llamado biobalística.

Recuperado de: http://apuntesbiologiamol.blogspot.mx/2014/05/aplicaciones-de-la-biologiamolecular_16.html

Como lo explica Carranza (s.f.), cuando las partículas están ya dentro de la célula, el ADN que recubría las partículas se separa y es integrado en el genoma de las plantas, aunque no en todos los casos. La biobalística se puede emplear para transformar suspensiones celulares de plantas, cultivos de callos, tejidos meristemáticos, embriones inmaduros y polen, que pueden obtenerse a partir plantas diferentes, incluidas monocotiledóneas y coníferas, que son plantas con menor grado de susceptibilidad de infección por Agrobacterium. También ha sido utilizado para transferir ADN a cloroplastos y mitocondrias. Por cada bombardeo se obtienen aproximadamente 10,000 células transformadas, pero, las células transformadas obtenidas, a veces solo expresan el ADN Universidad Abierta y a Distancia de México

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transferido de forma transitoria, y son detectadas por la expresión de un gen marcador (Figura 13).

Figura 13. Generación de una planta transgénica mediante transformación con el método de biobalística. Recuperado de: http://apuntesbiologiamol.blogspot.mx/2014/05/aplicaciones-de-labiologia-molecular_16.html

La importancia de la correcta configuración de los vectores utilizados en biobalística es crucial debido a que eso influye en la integración y en la expresión de dichos genes. Por lo tanto resulta más eficaz la transformación genética cuando se usa ADN linear en vez de circular. Un inconveniente es que si se usan plásmidos de tamaños superiores a 10 Kb, estos pueden ser fragmentados durante el bombardeo, generando menor cantidad de células transformadas. La alternativa que existe para incorporar fragmentos de ADN de gran tamaño es el empleo de cromosomas artificiales de levadura (YACs), que son específicamente diseñados para portar marcadores de selección de la planta, así como marcadores de selección de levaduras (Carranza, s.f.).

Este método, al ser un método físico, no discrimina el tipo de célula y se ha usado ampliamente en especies que no se han podido transformar empleando Agrobacterium tumefaciens, por ello se ha empleado no solo en células vegetales, sino también en células bacterias, algas, hongos, células animales, y aún animales y plantas intactas (González, s. f.).

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Pero con estas bondades, ¿Qué otras limitantes podría tener este método?, como lo menciona González: “[Las limitantes del empleo de Agrobacterium tumefaciens son] la resistencia natural a la penetración de las partículas, dada por cutículas endurecidas, paredes celulares lignificadas o superficies vellosas y la baja relación entre el total de células sometidas al bombardeo y el número de células que logran incorporar de manera permanente la información genética transferida, como así también la alta frecuencia de múltiple inserción de copias del transgén o rearreglos del mismo, dentro del genoma vegetal”.

Para Herrera y Martínez (2011) la biobalística ha demostrado ser el mejor método de transformación de plantas de interés comercial como es el caso de la soya, el maíz, el sorgo, la papaya, el espárrago, la caña de azúcar, el arroz y el trigo, que por otros métodos había sido más complicada.

A últimas fechas se ha objetado el uso de la biobalística para generar plantas modificadas genéticamente destinadas a uso comercial, todo debido a que se incorporan fragmentos de ADN no deseados y se integran en el genoma vegetal copias múltiples de los genes introducidos. Con base en lo anterior se ha postulado que el método ideal de transformación es mediante el plásmido Ti de Agrobacterium, ya que se integra un fragmento bien definido de ADN obteniendo con cierta facilidad plantas que contienen una sola copia de los genes introducidos (Herrera y Martínez, 2011).

Aplicaciones de la ingeniería genética de plantas Herrera y Martínez (2011) nos explican que la biotecnología se ha centrado en los incrementos en la producción y en la protección de cultivos contra plagas y enfermedades. Pero en el futuro próximo la industria, el ambiente y la salud humana y animal, también se verán beneficiados por los adelantos de las técnicas de biología molecular. La obtención de variedades vegetales tolerantes a plagas, enfermedades y condiciones ambientales adversas que permitan mejorar los rendimiento es lo que hasta la fecha se ha buscado con la implementación de esta tecnología, pero ahora se busca además la generación de plantas capaces de producir insumos de alto valor económico y ambiental. De los productos que se pueden obtener en las plantas transgénicas actualmente podemos mencionar a las enzimas, alimentos mayor valor nutritivo, productos farmacéuticos, vacunas y plásticos biodegradables. Las expectativas de la

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producción y uso de plantas transgénicas se discuten a continuación.

Mejoramiento de la composición y cualidades de semillas y frutos Si tomamos en cuenta que las fuentes principales de proteínas, para la mayoría de la población humana son las semillas de cereales y leguminosas, sin embargo los cereales son deficientes en lisina, y las leguminosas de cisteína y metionina. Una solución sería el consumo en proporciones idóneas de ambas semillas, pero debido a tradiciones y factores económicos se hace poco práctica esta solución.

Una alternativa para paliar esta situación sería cambiar la composición y contenido de las proteínas las semillas por métodos convencionales de mejoramiento genético o mediante el uso de la ingeniería genética. Con esta última, puede incrementarse hasta un 33% en contenido de metionina en las proteínas de las semillas de plantas transgénicas de canola y lupino, expresando en éstas semillas una proteína de maíz rica en metionina. Por otro lado, mediante la introducción y expresión de un gene sintético que codifica una proteína rica en lisina, el contenido de la misma se incrementó hasta en 43% en semillas de soya.

De esta forma posteriormente se podrá modificar exitosamente plantas como maíz, arroz, y frijol (Herrera y Martínez, 2011).

Lo expresado por Ye (2000), es que por medio de la ingeniería genética se puede mejorar la calidad nutricional de los alimentos, aumentando el contenido de vitaminas. Un problema importante en varios países, principalmente en los países asiáticos, es la deficiencia en vitamina A, lo cual conduce a la ceguera. Esto se podría solucionar si se produce esta vitamina en la semilla de arroz modificada genéticamente, el cual es de consumo cotidiano en estas poblaciones. Introduciendo tres genes foráneos en plantas de arroz, se ha podido producir β-caroteno (pro-vitamina A) en el endospermo de las semillas de este cereal. El cultivo de esta variedad transformada o bien la transferencia de los genes a otras variedades mediante cruzamiento y selección permitirá el cultivo extensivo del arroz dorado (como se le conoce comúnmente) rico en pro-vitamina A (Figura 14).

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Figura 14. Producción de β-caroteno en arroz transgénico. La introducción de tres diferentes genes heterólogos en arroz se llevó a cabo utilizando el sistema de Agrobacterium. Las enzimas codificadas por los tres genes introducidos transforman el geranil difosfato en β-caroteno y lo acumulan en el endospermo, produciendo el color amarillo del llamado arroz dorado. Recuperado de: http://web.cua.uam.mx/docs/CNI/profesores/archivos/295.pdf

Para Herrera y Martínez (2011), los lípidos de origen vegetal tienen mayor valor nutricional que los lípidos de animales, debido a que no contienen colesterol y a que tienen mayor proporción de ácidos grasos poli-insaturados. Mediante la obtención de plantas transgénicas de canola con alto índice de ácidos grasos poli-insaturados (40% de ácido láurico) se busca disminuir la incidencia de enfermedades coronarias causadas por el consumo de grandes cantidades de ácidos grasos saturados.

Resistencia a virus, bacterias y hongos fitopatógenos Herrera y Martínez (2011) aducen que la ingeniería genética ha sido la más explorada tanto en laboratorios públicos para producir plantas resistentes a enfermedades, pero su éxito de estos estudios está basado principalmente en la generación de plantas resistentes a enfermedades virales donde se han obtenido plantas resistentes a más de 30 enfermedades de este tipo, no así en las enfermedades causadas por hongos donde aún es muy incipiente.

A continuación se describen algunos de los avances obtenidos en este respecto.

Los virus son los agentes fitopatogénicos más destructivos que se conocen porque no existe medida alguna capaz de controlar su ataque. Es por ello que el control de las enfermedades virales es el campo más promisorio donde la ingeniería genética de plantas puede tener su mayor impacto (Figura 15). El desarrollo de resistencia por el uso de genes virales y su introducción en plantas se conoce como resistencia derivada del patógeno, este fenómeno se debe a que la planta reconoce un exceso en la expresión de

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los genes virales introducidos y evita su expresión, por lo tanto impide la infección por el virus de la cepa utilizada y cepas relacionadas con el mismo (Herrera y Martínez, 2011).

Figura 15. Campo de experimentación de la papaya transgénica hawaiana. A la izquierda, plantas infectadas con el virus de la mancha anillada. A la derecha, plantas transgénicas resistentes.

Recuperado de: http://felixmoronta.com/papaya-transgenico-venezuela/

Entonces, ¿cuáles son los productos transgénicos producidos para amortiguar estas enfermedades?, Herrera y Martínez (2011) detallan lo siguiente: “Usando el gene que codifica para la proteína de la cápside se obtuvieron en 1986 las primeras plantas de tabaco resistentes al virus del mosaico del tabaco. Usando una estrategia similar se obtuvieron plantas de calabacita amarilla y de sandía, resistentes a virus. La papaya ha sido severamente atacada por el virus de la mancha anular y los esfuerzos para generar plantas resistentes usando las técnicas convencionales de hibridación han fracasado, por lo que fue necesario transformar plantas con el gene que codifica para la proteína de la cápside de este virus. A partir de 1994 se obtuvieron plantas resistentes al virus y ha sido posible mantener cultivos redituables de papaya en diferentes lugares, como es el caso de Hawaii.

Actualmente, la papaya y la calabacita amarilla han sido comercializadas.

Además, tomates transgénicos resistentes al virus del mosaico del tabaco, papas transgénicas resistentes a los virus X y Y de la papa y pepinos

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transgénicos resistentes al virus del mosaico del pepino, han sido producidos (Herrera y Martínez, 2011)”.

Las enfermedades causadas por bacterias se han considerado menos importantes que las causadas por virus y hongos, pero las infecciones bacterianas causan pérdidas muy importantes en algunas especies a nivel regional. Para disminuir el daño causado por las enfermedades bacterianas se han implementado diferentes estrategias, entre ellas está la creación de plantas transgénicas resistentes a toxinas o que expresan genes de resistencia a la infección por las bacterias. Un ejemplo es el arroz silvestre Oryza longistaminata que es resistente a Xanthomonas oryzae pv. Oryzae (Xoo) causante de la enfermedad del tizón del halo, la cual causa importantes pérdidas en la producción comercial de arroz en Asia. El gene de resistencia a esta bacteria (Xa21), se identificó y aisló en 1995 y se transfirió a variedades de arroz. (Herrera y Martínez, 2011).

Como lo mencionan Herrera y Martínez (2011), a pesar de que los hongos generan pérdidas cuantiosas en cultivos de plantas, los logros en la producción de plantas transgénicas resistentes a estos patógenos no son significativas. Una estrategia para controlar a estos organismos es mediante la expresión de genes que codifican enzimas que puedan degradar los principales componentes de la pared celular de los hongos (quitina y β-1,3 glucanos). Con base en ello se logró que en plantas de tomate se tuviera un nivel útil de resistencia al ataque por el hongo Fusarium mediante la expresión de dos genes que codifican para estas enzimas.

Alteración de la vida de anaquel de frutos Como es sabido, la maduración de los frutos es continua e irreversible, aunado a que se dispone de tiempo limitado para el traslado y distribución de los frutos frescos desde los lugares de cosecha a los sitios de venta y consumo. En los intentos de la ingeniería genética por retardar la maduración y reducir las pérdidas pos-cosecha al aumentar la llamada vida de anaquel, se han usado genes antisentido para transformar plantas y bloquear la expresión de genes involucrados en el proceso de maduración. Los más importantes están relacionados en la biosíntesis de etileno (hormona vegetal que dispara el proceso de maduración de muchos frutos) o de enzimas hidrolíticas directamente relacionadas con el ablandamiento de los frutos. Usando estos métodos de transformación se han generado tomates, melones y otros frutos cuya vida de anaquel se ha prolongado desde unos días hasta varias semanas.

Esta estrategia tiene un campo de aplicación muy basto principalmente en frutos tropicales, producidos esencialmente en países en vías de desarrollo, donde las pérdidas

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son severas por el deficiente sistema de almacenamiento y transporte (Herrera y Martínez, 2011).

Plantas transgénicas resistentes al ataque de insectos Las interacciones planta-insecto son de vital importancia para ambos organismos. Debido a ello las plantas se ven beneficiadas en procesos de polinización, eliminación de tejido muerto y de insectos dañinos, esto es un evento común en la naturaleza. Las perdidas agrícolas mundiales causadas por insectos, se deben a que las plantas, en su mayoría, son cultivadas en regiones diferentes a su sitio de origen, por lo tanto se vuelven susceptibles de ser atacadas por especies regionales de insectos. Aunado a eso, son más graves las pérdidas que los insectos causan durante el periodo de almacenamiento de los granos y semillas. Esto es lo que incentiva a cualquier programa de fitomejoramiento a obtener cultivares resistentes a plagas (Herrera y Martínez, 2011).

Mediante la ingeniería genética se han realizado estudios enfocados en grupos de genes procedentes de la bacteria Bacillus thuringiensis (Bt), que codifican para proteínas cristalinas con propiedades insecticidas conocidas como δ-endotoxinas. Estas δendotoxinas, al ser ingeridas por los insectos, se unen a células intestinales del tracto digestivo de los mismos ocasionando una lisis osmótica. Estas proteínas se caracterizan por su especificidad a diferentes grupos de insectos, las proteínas Cry I son efectivas contra lepidópteros (polillas y mariposas) y los Cry III solamente contra coleópteros (escarabajos) (Estruch, et al., 1997; citado por Herrera y Martínez, 2011).

Herrera y Martínez (2011) explican que a partir de la creación del primer cultivo resistente a insectos, que en este caso fue el tabaco en 1987, la creación de este tipo de cultivos se ha incrementado notablemente y en la actualidad también se tienen cultivos resistentes al insecto de tomate, algodón, papa, maíz, canola, soya y arroz, cultivos importantes a nivel mundial (Figura 16). El éxito biotecnológico del maíz, no lo excluye de los rigurosos y necesarios ensayos de campo para evaluar la efectividad para el control de insectos en diferentes ambientes, debido a que los insectos que atacan este cultivo cambian con la región geográfica. En México ya se han realizado algunos ensayos por parte de algunas compañías privadas.

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Figura 16. Imagen que muestra un comparativo de la planta de algodón normal del lado izquierdo siendo atacada por insectos y una planta transgénica resistente a insectos en la derecha. http://agrobio.org/fend/index.php/index.php?op=YXA9I2JXbDQmaW09I05ETT0=

La producción de plantas híbridas de arroz comenzó a partir del año 2001, con cualidades como resistencia a dos de las más importantes plagas de lepidópteros, sin disminuir la productividad. En Cuba se ha desarrollado caña de azúcar con resistencia al ataque de insectos, un cultivo de suma importancia para ese país y otros en vías de desarrollo.

Muchas especies de insectos no son afectados por las proteínas Cry, por lo tanto la biotecnología vegetal está en la búsqueda constante de otros genes cuyos productos tengan propiedades insecticidas. Entre ello podemos mencionar a los inhibidores de proteasas que interfieren con el funcionamiento de las enzimas digestivas de los insectos y que forman parte del sistema de defensa de algunas plantas. Empleando este tipo de inhibidores ha sido posible crear plantas transformadas genéticamente de canola, papa, alfalfa y tomate, aunque aún no han sido comercializadas (Herrera y Martínez, 2011).

Plantas transgénicas con mayor tolerancia a factores ambientales Los factores abióticos que impactan en la producción agrícola son la sequía, la salinidad y el frío. La tolerancia al estrés causada por estos factores se puede mitigar mediante el incremento en la producción de metabolitos osmoprotectores (azúcares, alcoholes, aminoácidos y compuestos cuaternarios de amonio (glicinbetaína)) que incrementan el potencial osmótico de la célula y estabilizan las membranas y las estructuras macromoleculares. Esto se puede lograr mediante la producción de plantas transgénicas con un incremento en la producción de osmolitos (Figura 17). En plantas de tabaco y Universidad Abierta y a Distancia de México

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Arabidopsis se ha producido la glicinbetaína mostrando una mejor tolerancia al estrés por NaCl y frío. La tolerancia a la sequía se ha logrado en plantas de tabaco mediante la sobreproducción del azúcar trehalosa y, el manitol ha sido sobreproducido en Arabidopsis mejorando la germinación de las semillas en condiciones de alta salinidad (Nuccio, et al., 1999; citado por Herrera y Martínez, 2011).

Figura 17. Plantas de tabaco sometidas a déficit hídrico.

Recuperado de: http://www.bioavan.com/Tolerancia-al-deficit-hidrico-en-plantas-basada-en-laregulacion-de-la-homeostasis-del-anion-Cl-y-e.82.0.html

A nivel molecular ¿Qué sucede con las plantas que están sometidas a condiciones de estrés abiótico?, para explicar esto Herrera y Martínez comentan lo siguiente: “Los mecanismos de tolerancia que permiten el crecimiento de una planta bajo esas condiciones desfavorables, involucran el establecimiento de cambios bioquímicos y celulares, que requieren la participación coordinada de muchos genes. Esta expresión orquestada de genes está controlada por factores de transcripción. La manipulación de los factores de transcripción, que regulan la expresión de genes de tolerancia al estrés abiótico es, por ende, una estrategia muy prometedora para la generación de plantas con mayor tolerancia al frío y a la sequía” (Herrera y Martínez, 2011).

Un elemento metálico muy abundante en el suelo y que presenta toxicidad para muchas plantas es el aluminio, algunas plantas presentan mecanismos para tolerar las concentraciones tóxicas de este metal, lo hacen mediante la producción y exudación de ácidos orgánicos al suelo (citrato y otros), permitiendo la formación de compuestos quelados que carecen de toxicidad. Mediante el empleo de un gene bacteriano que codifica para la enzima citrato sintasa, que sintetiza citrato, se han podido transformar plantas de tabaco y papaya que producen hasta cinco a seis veces más cantidad de Universidad Abierta y a Distancia de México

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citrato en las raíces, y por lo tanto se genera tolerancia a concentraciones tóxicas de aluminio, dichas concentraciones son hasta diez veces más que las toleradas por las plantas originales (De la fuente, et al., 1997; citado por Herrera y Martínez, 1997).

La contaminación de suelos con metales pesados producto de diversas actividades industriales cada vez se convierte en un problema ambiental más agudo. Para tratar de resolverlo, se han propuesto diversas estrategias, entre las cuales se encuentra la biorremediación.

La biorremediación es un proceso mediante el cual se utilizan organismos vivos para extraer los metales pesados que contaminan el suelo y así limpiarlo, dicha contaminación es generada por las actividades industriales y es actualmente un problema de salud importante. Se ha propuesto el uso de plantas para eliminar la contaminación por metales pesados principalmente porque producen raíces que penetran hasta capas muy profundas del suelo. En este aspecto se tiene que las plantas transgénicas de Arabidopsis, que han sido transformadas con el gene bacteriano mera, un gene que codifica para la enzima reductasa del ion mercúrico, permite la transformación de la forma catiónica del metal a Hg(0), la cual es una forma volátil y no tóxica de este elemento (Chaney, et al., 1997; citado por Herrera y Martínez, 2011).

Las plantas como biorreactores Una aplicación importante de las plantas es su empleo como Biorreactores para producir metabolitos de interés comercial (entre ellas podemos mencionar la producción de proteínas heterólogas). Su producción en plantas tiene varias ventajas, ya que puede realizarse en semillas, frutos o tubérculos, con la posibilidad de colectarlos y almacenarlos para ser consumidos directamente o ser procesados para obtener el producto de interés.

Otras ventajas son: a) El bajo costo a una escala agrícola. b) La reducción de los costos de capitalización con relación al uso de métodos de fermentación. c) Es un escalamiento relativamente sencillo de la producción. d) La producción de proteínas multiméricas complejas (anticuerpos), que son perfectamente ensamblados. e) La producción segura de las proteínas, considerando que las plantas no son hospederos naturales de patógenos de humanos (Larrick & Thomas, 2001; Gidding, et al., 200; citado por Herrera y Martínez, 2011).

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Pero, ¿los productos biofarmacéuticos se pueden producir en las plantas?, en este aspecto Herrera y Martínez nos mencionan lo siguiente: “Los productos biofarmacéuticos son la mejor elección para ser producidos en plantas, por el alto costo de utilizar otros sistemas, como las células de mamíferos, para su producción. Algunos ejemplos se mencionan a continuación: 1) El b-interferón se ha producido en plantas de nabo y puede ser potencialmente utilizado en el tratamiento de la hepatitis B y C. 2) La ausencia de la enzima glucocerebrosidasa en el humano produce la enfermedad de Gaucher, un desorden heredado recesivamente, y la enzima ha sido tradicionalmente extraída de las placentas a costos muy altos; la producción de esta enzima en tabaco transgénico apoya fuertemente la viabilidad comercial en el futuro para esta terapia.

3) La hirudina, un anticoagulante para tratar la trombosis se produce actualmente en semillas de canola y se encuentra disponible en forma comercial; 4) La somatotropina, una hormona humana usada en el tratamiento del enanismo de personas, ha sido tradicionalmente producida en bacterias y recientemente su expresión en cloroplastos de tabaco en altos niveles convierte a este organelo como un eficiente vehículo para la producción de proteínas farmacéuticas” (Herrera y Martínez, 2011).

Producción de vacunas orales en plantas transgénicas En los frutos de plantas transgénicas se pueden sintetizar y acumular proteínas antigénicas debido a que tiene la capacidad para realizarlo, y con base en ello podrían ser usadas como vacunas orales contra agentes infecciosos como virus y bacterias.

Las principales causas de mortalidad infantil son las infecciones gastrointestinales y respiratorias en los países en vías de desarrollo, en los cuales se presentan muchas enfermedades diarreicas causadas principalmente por bacterias como Escherichia coli, que producen toxinas responsables de esas enfermedades. Para paliar este aspecto, los genes de dichas toxinas se han aislado e introducido a plantas de papa logrando su acumulación en los tubérculos (Figura 18). Mediante la alimentación a Ratones, con papás transgénicas con los genes de las toxinas, estos mostraron resistencia a la infección debido a que produjeron niveles elevados de anticuerpos contra la toxina Para los humanos aún se encuentran en desarrollo los ensayos con antígenos producidos en plantas, particularmente con la toxina termolábil de E. coli, virus de la hepatitis B y virus

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de Norwalk; en los tres casos mencionados existen respuestas sistémicas mucosales inmunes, sin efectos adversos demostrados, lo que permitirá en un futuro próximo su uso como vacunas (Walmsley &. Rnatzen, 2000; citado por Herrera y Martínez, 2011).

Figura 18. La producción de vacunas comestibles es una realidad y se pueden producir mediante la transformación genética de plantas usando Agrobacterium tumefaciens.

Recuperado de: http://blogs.eluniversal.com.mx/wweblogs_detalle.php?p_fecha=2012-0424&p_id_blog=139&p_id_tema=16185

Uso comercial de plantas transgénicas Herrera y Martínez (2011) exponen que las plantas transgénicas empezaron a comercializarse en 1994 con el primer producto transgénico liberado para consumo humano por parte de la compañía Calgene, y fue el tomate denominado Flavr savr® de maduración retardada. Este tomate se comercializó durante el año 1995 en los EEUU, pero se retiró del mercado debido a problemas en su cultivo, ya que era una cepa susceptible al ataque de patógenos. En ese mismo año la empresa Zeneca lanzó al mercado un tomate similar con propiedades nutritivas iguales al tomate convencional pero sin problemas alergénicos, dicho tomate se vende en la actualidad como puré de tomate con un etiquetado que menciona su procedencia transgénica.

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Figura 19. Puré de tomate y salsa cátsup elaborados con tomates genéticamente modificados.

Tomado de: http://www.ncbe.reading.ac.uk/NCBE/GMFood/tomato.html

En 1996 se liberó la soya (Roundup) con tolerancia a un herbicida de rápida descomposición en el suelo. Fue rechazada inicialmente por algunos países de la Unión Europea entre ellos Dinamarca, pero la mayoría de los países la aceptó considerando que no tiene diferencias nutritivas con respecto a la soya producida de manera convencional.

Esto deja claro que los consumidores no se oponen al empleo de la tecnología moderna si ellos pueden ver las ventajas y beneficios de la misma.

Y entonces, ¿cómo ha sido la producción de los cultivos transgénicos a nivel mundial desde la primera generación de los mismos?, para ello debemos mencionar lo que Herrera y Martínez presentan en la siguiente información: “El área global de cultivos transgénicos comercializados se ha incrementado gradualmente: en 1996 se cultivaban 1.7 millones de hectáreas, 11 en 1997, 27.8 en 1998, 39.9 en 1999, 44.2 en 2000 y 52.6 en 2001, lo que representa un incremento de más de treinta veces en cinco años. Los países industrializados tienen las tres cuartas partes de la superficie cultivada con plantas transgénicas, principalmente EEUU (68%) y Canadá (6%) mientras que los países en desarrollo tienen una cuarta parte, destacando Argentina (22%) y China (3%). Por lo que respecta al número de países, en 1996 sólo seis aceptaban el cultivo de plantas transgénicas, y se ha incrementado a trece en 2001 (EEUU, Argentina, Canadá, China, Sudáfrica, Australia, Rumania, México, Bulgaria, España, Alemania, Universidad Abierta y a Distancia de México

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Francia, Uruguay e Indonesia). Las plantas transgénicas más cultivadas de acuerdo con reportes del año 2001 son la soya (63%), maíz (19%), algodón (13%), y canola (5%); en menor proporción se encuentran la papa, calabacita y papaya, con menos de 1% cada una de ellas. Los fenotipos de las plantas transgénicas que más se cultivan son la tolerancia a herbicidas (77%), resistencia a insectos (15%), combinación de tolerancia a herbicidas y resistencia a insectos (8%), resistencia a virus y otros (menos 1%). Las superficies cultivables de plantas transgénicas con respecto a no transgénicas para algunos cultivos fueron en el año 2001: 46% de soya, 20% de algodón, 11% de canola y 7% de maíz; el área global de estos cuatro cultivos (transgénicos y convencionales) es de 271 millones de has., por lo que los cultivos transgénicos representan el 19%” (Herrera y Martínez, 2011).

Transferencia de la tecnología Desde los años 90’s la mayoría de los agricultores han permanecido escépticos a los cultivos transgénicos y esto aún prevalece en los países en desarrollo. Pero el nivel de confianza que los agricultores han depositado en los cultivos transgénicos debido a que pueden hacer una contribución de vital importancia a la alimentación global ha logrado de que los agricultores de algunos países de primer mundo y de países en desarrollo tomaran la iniciativa de incrementar sus áreas de cultivos transgénicos hasta en treinta veces de lo que regularmente lo hacían (Herrera y Martínez, 2011).

Entonces, si el incremento de los cultivos transgénicos es evidente, ¿qué sucede con la transferencia de esta tecnología?, en este tenor Herrera y Martínez mencionan que: “La transferencia de la tecnología de plantas transgénicas a los países en desarrollo tiene aspectos económicos, políticos y sociales, no obstante que desde el punto de vista técnico los problemas son menores. La creación de centros de investigación agrícola en países en desarrollo (Filipinas, México, Colombia, Nigeria, India, Perú, Siria, Taiwán y Costa de Marfil) y la participación de organizaciones internacionales tales como la FAO, representan las etapas iniciales en la transferencia y el desarrollo local de esta tecnología” (Herrera y Martínez, 2011).

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Detección, identificación y cuantificación de un OGM En nuestro país, la SEMARNAT cuenta con un laboratorio diseñado exclusivamente para atender la demanda de información técnica y científica en cuanto a transgénicos se refiere, y de esta manera ayudar a quienes toman las decisiones en relación con los riesgos asociados a la liberación al ambiente de OGMs. La función preponderante de este organismo es el análisis de OGM a través de la detección, cuantificación e identificación de los mismos Dicho laboratorio está equipado para poder implementar y desarrollar de manera rutinaria diferentes técnicas moleculares. La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es el método principal de análisis empleado para amplificar ácidos nucleicos insertados en los OGM, este laboratorio cuenta con un equipo de PCR punto final y otro de tiempo real (INECC, s.f.).

Mediante esta infraestructura se respalda el desarrollo de proyectos de investigación que apoyen la toma de decisiones en cuestiones de bioseguridad para la liberación de OGMs al ambiente, y dando cumplimiento a los compromisos adquiridos por parte del gobierno de México en la implementación del Protocolo de Cartagena, en las competencias del Instituto Nacional de Ecología como integrante del sector gubernamental ambiental. Este laboratorio está acreditado por la Entidad Mexicana de Acreditación en el método de detección de OGM en maíz, y ahí mismo se llevan a cabo los procedimientos para identificar eventos específicos y la cuantificación de OGM mediante PCR tiempo real.

Estas técnicas son implementadas posteriormente en otros cultivos de importancia para nuestro país (INECC, s.f.).

Para llevar a cabo un análisis acertado y efectivo se debe de contar con personal capacitado en temas modernos de biotecnología y un laboratorio con la infraestructura física suficiente con la capacidad para montar cualquier técnica de análisis que se genere con la biotecnología moderna y que cumpla los estándares internacionales de calidad vigentes, todo esto debido a que la detección, identificación y cuantificación de un OGM requiere utilizar la misma tecnología de punta con la cual se desarrolló (SENASICA, 2013).

Es imprescindible contar con una mínima cantidad de ADN intacto de la muestra a analizar, incluido el gen de interés. Una vez realizada la extracción de los ácidos nucleicos, el análisis de OGM consiste en la identificación y cuando se desee, la posterior cuantificación de las secuencias genéticamente modificadas que estén presentes en las muestras analizadas. Es necesario desarrollar un método de análisis para cada uno de los eventos de modificación genética autorizados a nivel mundial (SENASICA, 2013).

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Técnicas, recursos e instrumentos empleados La presencia o ausencia de los elementos genéticos bajo estudio en la porción de la muestra analizada se determinan cualitativamente empleando controles apropiados y dentro de los límites de detección del método analítico empleado. Para todos los ensayos deben siempre utilizarse materiales de referencia certificados (MRC) para OGM y los controles apropiados (SENASICA, 2013).

El análisis generalmente consiste en:    

La amplificación de una o más secuencias especificas diana.

La detección y confirmación del evento específico mediante PCR. La cuantificación de los fragmentos amplificados relativos a los MRC. Reporte de los resultados sobre ausencia o presencia y porcentaje en caso de un análisis cuantitativo.

Las técnicas del análisis de los OGM según lo describe SENASICA (2013) son las siguientes: Basadas en ADN. Mediante la reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real (PCRTR) puede llevarse a cabo la cuantificación, mediante esta técnica se puede expresar claramente la cantidad del elemento genético diana en la muestra analizada, relativo a la cantidad de una referencia específica (gene endógeno).

Los métodos analíticos que hacen uso de la técnica de la PCR permiten la detección, identificación y cuantificación de secuencias de ADN asociadas con OGM, y se puede lograr una amplificación selectiva de segmentos de ADN presentes en una muestra. Por lo tanto se requiere de personal capacitado y equipo especializado para implementar esta técnica. Se deben extremar las medidas de bioseguridad en la manipulación de las muestras, evitando la contaminación cruzada, lo cual puede generar falsos positivos ya que esta técnica permite detectar la presencia de una sola secuencia de ADN presente en una muestra (SENASICA, 2013).

Basados en Proteínas. Para el método que está basado en proteínas se emplean anticuerpos específicos de la proteína de interés. La técnica de ELISA (por sus siglas en inglés Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay), detecta o mide la cantidad de proteína de interés presentes en una muestra que puede contener una gran cantidad de proteínas diferentes. Mediante un anticuerpo liga la proteína específica, un segundo anticuerpo amplifica la detección y mediante un conjugado de un anticuerpo con una enzima se genera una reacción colorida fácil de observar y cuantificar y que se compara con una Universidad Abierta y a Distancia de México

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curva patrón de la proteína de interés. Es una técnica menos sensible que la PCR; en un principio se tienen costos elevados para el desarrollo del ensayo y la obtención de anticuerpos y patrones de proteínas, pero cuando se elaboran los reactivos su costo se reduce; el inconveniente que presenta es que no discrimina entre diferentes productos transgénicos que expresan características proteínicas similares, debido a esto la PCR y el ELISA no se deben excluir, deben considerarse mutuamente complementarios (SENASICA, 2013).

Medidas para la resolución de las problemáticas de biodiversidad y bioseguridad Muñoz (1998) considera que las controversias que se han generado por el uso creciente y la comercialización de los OGMs, se enfocan en dos causa principales: 



Indudablemente la generación de los OGMs es intencionada e incluye la transferencia de material genético desde un organismo a otro, aunado al problema del ADN que se utiliza como marcador o vector para detectar o llevar a cabo la transferencia. Podemos centrarnos entonces en lo concerniente a la estabilidad del ADN, que cifra o codifica el nuevo carácter, y efectos que pudieran generarse por el material transferido en el genoma del organismo huésped, como puede ser pleiotropía o relaciones de posición. Esto generaría ventajas selectivas de los organismos diseminados intencionadamente o de modo inadvertido en ecosistema de nuestro país, lo que conllevaría a cambios de naturaleza y consecuencias que serían impredecibles (Muñoz, 1998).

El escape de los OGMs, del control humano cuando se utilizan en laboratorios o fábricas, así como en el medio ambiente pueden afectar cuando se liberan de un modo intencionado y podrían reproducirse de una forma descontrolada o transferir la nueva información que portan a la misma especie o especies relacionadas lo que posibles riesgos para el medio o para la salud de seres humanos o de animales.

Entonces, ¿Cómo se pueden para afrontar estos problemas? La investigación sobre estos puntos cruciales no es sencilla ya que, entre otras cosas, debe intentar ofrecer respuestas a las siguientes cuestiones como lo menciona Wöhrmann et. al. (1996; citado por Muñoz, 1998). 



“¿Qué fenómeno puede tener lugar?, ¿son los genes estables?, ¿se pueden producir efectos pleiotrópicos?, ¿es plausible que exista transferencia horizontal de genes? ¿Son los organismos transgénicos susceptibles de pervivir al margen de las condiciones específicas para las que fueron diseñadas?

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 

¿Cuál es la probabilidad de que estos fenómenos tengan lugar? ¿Cuáles son las consecuencias para los organismos relacionados, para el medio ambiente o para los seres humanos?” (Wöhrmann, et. al., 1996; citado por Muñoz, 1998).

Para Muñoz (1998) dar resolución de estas cuestiones no es sencillo debido a que las dificultades son muchas y variadas por lo cual menciona lo siguiente    



Dificultad para elegir el entorno en que realizar el experimento (el nivel de laboratorio es insuficiente) Las múltiples variables involucradas.

La fragilidad de los OGMs al modificar las condiciones del medio para el que han sido diseñados.

La poca atracción de estos problemas para la comunidad científica, por la complejidad de las cuestiones y por la dificultad de obtener resultados espectaculares (los buenos resultados son los negativos).

La multidisciplinariedad requerida para abordar la resolución de estas cuestiones, con lo que se hace precisa la colaboración de científicos de diferentes especialidades que muchas veces están en conflicto epistémico y, en cualquier caso, compiten por recursos escasos (Muñoz, 1998).

Para poder contestar las preguntas formuladas anteriormente se han involucrado disciplinas científicas como la genética clásica y molecular, la genética de poblaciones y la genética evolutiva. A la vez se debe mencionar la importancia de los transposones que provocan efectos variados que van desde las mutaciones puntuales hasta la reorganización cromosómica. Dichos transposones son responsables de la creación de variabilidad genética y por lo consecuencia influyen en la evolución de los organismos en que asientan y tienen un comportamiento análogo a como lo hace el "ADN extraño" insertado por ingeniería genética. Este es un ejemplo de los difícil que resulta en ocasiones poder distinguir entre lo natural y lo no natural.

La pregunta a formular sería entonces, ¿existe alguna otra constatación de estos problemas?, de acuerdo a lo que expone Muñoz (1998) si la hay y argumenta lo siguiente: “Otra importante constatación, derivada de la reciente acumulación de evidencia experimental, es la existencia de un grado de ‘transferencia génica horizontal’ entre los microorganismos. Una prueba de ello radica en el hecho de que el número de marzo de 1998 de la revista Investigación y Ciencia incluya un artículo sobre este punto. El artículo de R. V. Miller -jefe del Departamento de microbiología y genética molecular de la Universidad estatal de Oklahoma- pasa revista a los problemas y resultados que se están obteniendo en el curso de las investigaciones sobre la transferencia Universidad Abierta y a Distancia de México

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génica horizontal en la naturaleza. Señala el autor que su interés por el tema data de 1976, pero que hasta 1985 tuvo incontables dificultades para encontrar financiación para sus proyectos. Los tres pasos biológicos, los procesos de conjugación (descubiertos por Lederberg y Tatum); la transformación (a través de ADN asociado con componentes del suelo); y la transducción (con la identificación de bacteriófagos en concentraciones elevadas en hábitats insospechados) intervienen en la naturaleza para el intercambio de material genético entre bacterias. La conclusión de Miller es optimista, aunque no excluye la conveniencia de la precaución. Señala, en efecto, que "los estudios realizados con bacterias en su medio natural permiten asegurar que no hay peligro en soltar organismos sometidos a manipulación genética. Lo importante es saber si cumplirán la misión asignada. En cualquier caso, no sobra la prudencia. Cuanto mejor conozcamos la transferencia génica horizontal, más información tendrán los biotecnólogos para reducir los riesgos al mínimo" (Muñoz 1998).

Recursos para tu ruta de aprendizaje

Bolivar- Zapata, F. (2004). Fundamentos y casos exitosos de la Biotecnología Moderna. México, D.F. Recuperado de: http://web.cua.uam.mx/docs/CNI/profesores/archivos/295.pdf

En este libro coordinado por Bolívar Zapata se describen detalladamente los casos documentados que han teñido éxito en la Biotecnología moderna.

Rodríguez R., P. & González R., O. (2007). Plantas transgénicas: una revisión de los principales cultivos básicos en México. e-Gnosis, (5) Recuperado de http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=73000509

El artículo escrito por Paulina Rodríguez y Orfil González hace una revisión de los principales cultivos de México y las plantas transgénicas, mencionando las principales Universidad Abierta y a Distancia de México

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modificaciones genéticas en los cultivos y las compañías productoras de organismos transgénicos.

Carranza, D. (s.f.) Trasformación de células vegetales Obtención de plantas transgénicas. 38 pp. Recuperado de: http://ciencia-enred.uncachodeciencia.org/biologia/Transformacion%20de%20celulas %20vegetales%20obtencion%20de%20plantas%20transgenicas.pdf

En este documento Diana Carranza expone los métodos para la creación de plantas transgénicas mediante la transformación de las células vegetales.

Narbón, P. (2008). Transferencia génica en animales. 53 pp.

Recuperado de: http://www.uned.es/experto-biotecnologiaalimentos/TrabajosSelecc/PatriciaNarbon.pdf

El presente documento escrito por Cristina Narbón, se centra en el estudio de las técnicas de transformación genética disponibles y su aplicación para la obtención de animales manipulados genéticamente viables y seguros.

Actividades La elaboración de las actividades estará guiada por tu docente en línea, mismo que te indicará, a través de la Planeación didáctica del docente en línea, la dinámica que tú y tus compañeros (as) llevarán a cabo, así como los envíos que tendrán que realizar.

Para el envío de tus trabajos usarás la siguiente nomenclatura: BBYB_U3_A1_XXYZ, donde BBYB corresponde a las siglas de la asignatura, U3 es la unidad de conocimiento, A1 es el número de actividad, el cual debes sustituir considerando la actividad que se realices, XX son las primeras letras de tu nombre, Y la primera letra de tu apellido paterno y Z la primera letra de tu apellido materno.

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Autorreflexiones Para la parte de autorreflexiones debes responder las Preguntas de Autorreflexión indicadas por tu docente en línea y enviar tu archivo. Cabe recordar que esta actividad tiene una ponderación del 10% de tu evaluación.

Para el envío de tu autorreflexión utiliza la siguiente nomenclatura: BBYB _U3_ATR _XXYZ, donde BBYB corresponde a las siglas de la asignatura, U3 es la unidad de conocimiento, XX son las primeras letras de tu nombre, y la primera letra de tu apellido paterno y Z la primera letra de tu apellido materno.

Cierre de la unidad El enfoque de la tercera unidad se plasmó con base en la comprensión de las metodologías de transformación genética generadoras de OGMs, lo cual nos permitió dilucidar el tipo de transfección acorde a cada tipo de organismos vivo, además de consultar las entidades Federativas y/o particulares encargadas de regular, monitorear la generación y uso de los OGMs, la detección, identificación y cuantificación de los mismos.

A partir de ello se podrá obtener un protocolo para generar un OGM que pueda ser de utilidad en México. También se debe de tomar en cuenta las implicaciones económicas, los marcos regulatorios y los impactos ambientales y ecológicos que se pueden generar por el uso del OGM generado, como ya se ha visto en las unidades anteriores.

Tu capacidad de análisis, de crítica y de propuesta e innovación tuvo que ser primordial para comprender el bagaje de conocimientos, desarrollo científico e implementación tecnológica que pueden generar estas áreas del saber, tuviste que seleccionar la información obtenida correctamente, pero ante todo debiste ser ético y honesto con la información obtenida de las diferentes fuentes de información las cuales te permitieron culminar esta tercera unidad de la materia de Biodiversidad y Bioseguridad.

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Para saber más

Bolívar, F., et. al. (2011). Por un uso responsable de los organismos genéticamente modificados. Academia Mexicana de Ciencias, AC. México, D.F. Recuperado de: http://www.uam.mx/librosbiotec/uso_responsable_ogm/uso_responsable_ogm/files/assets/ downloads/files/uso_responsable_OGM.pdf Blanco, M., Valverde, R. & Gómez, L. (2003). Optimización de la transformación genética con Agrobacterium rhizogenes. Agronomía Costarricense, 27(1) 19-28. Recuperado de http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=43627102 CONACYT. (2014). Red Nacional de Laboratorios de Detección, Identificación y Cuantificación de Organismos Genéticamente Modificados (RNLD-OGM). Disponible en: http://www.conacyt.gob.mx/cibiogem/index.php/redes/red-nacional-de-laboratorios-dedeteccion-identificacion-y-cuantificacion-de-organismos-geneticamente-modificados-rnldogm Forero, G. (2009). Ingeniería genética agropecuaria. Universidad Nacional Abierta y a Distancia, Bogotá. Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/203027/Modulo_en_PDF/IGA_MODULO.pdf Instituto Nacional de Ecología. (s.f.). Centro Nacional de Referencia en Detección de Organismos Genéticamente Modificados (CNRDOGM). Disponible en: http://www.inecc.gob.mx/descargas/bioseguridad/act_bioseguridad.pdf

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SENASICA (2014). Centro Nacional de Referencia en Detección de Organismos Genéticamente Modificados (CNRDOGM). Recuperado de: http://www.senasica.gob.mx/?id=2411 Terrón, M. (2008) Técnicas moleculares en la detección de organismos genéticamente modificados en los alimentos. En: Curso de Experto Universitario en “Biotecnología aplicada a los alimentos”. Recuperado de: http://www.uned.es/experto-biotecnologiaalimentos/TrabajosSelecc/MartaTerron.pdf Weighardt, F. (s.f.). PCR Cuantitativa para la Detección de OGM. Sesión No. 10: Análisis de la Presencia de Organismos Genéticamente Modificados en Muestras de Alimentos.

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Recuperado de: http://gmocrl.jrc.ec.europa.eu/capacitybuilding/manuals/Manual%20ES/Sesi%C3%B3n10.pdf EstebanTisendTV. (2012). El mundo según Monsanto – Documental [archivo de video].

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Fuentes de consulta

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Recuperado de: http://www.univallecaicedonia.edu.co/web/investigacion/TransformacionYMejorami entoGeneticoVegetal.pdf 6. INECC. (s.f.). Laboratorio de Ecología. Recuperado de: http://www2.inecc.gob.mx/publicaciones/libros/492/laboratorio.pdf

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Biodiversidad y bioseguridad Métodos de transformación genética, detección, identificación y cuantificación de los OGMs

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Universidad Abierta y a Distancia de México

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