Instituto Tecnológico de Celaya

Ing. Bioquímica

Proyecto final: “Obtención de Tiofeno por cultivo de células vegetales”

Ingeniería de Proyectos

M.C. Simeón Bautista Pérez

Presenta:

González Reyna Fátima

Celaya, Gto., a 09 de diciembre de 2014

INTRODUCCION

Si el siglo XX fue el de la biotecnología microbiana, el siglo XXI es ya el de la biotecnología vegetal y animal que, en el caso de la agricultura, reemplazará los logros (y corregirá los errores) de la Revolución Verde.

El potencial que ofrecen las plantas como fuente de compuestos de interés comercial es enorme ya que ellas sintetizan una gran variedad de compuestos químicos (4 veces más que la que producen los microorganismos). Sin embargos, solamente se ha analizado la actividad biológica de un reducido porcentaje (5 al 10%) de todas las especies existentes en la planta.

Por estas causas se incrementaron, en los últimos años, las investigaciones para la búsqueda de compuestos de interés comercial a partir de los vegetales.

La mejora biotecnológica mediante ingeniería genética tiene cuatro objetivos prioritarios diferentes:

Modificar la expresión de genes naturalmente presentes en el organismo; Actuar como herramienta auxiliar de las técnicas de hibridación convencionales,

introduciendo genes de interés en genotipos mejorados evitando los problemas del retrocruzamiento;

Introducir genes nuevos a partir de especies vegetales con las que no es posible obtener híbridos; y

Conseguir la producción de compuestos de interés independientemente de cuál sea su origen.

ANTECEDENTES

Entre los logros más importantes de las primeras generaciones de cultivos transgénicos se encuentra la obtención de variedades tolerantes a herbicidas, la generación de plantas resistentes a diversos virus e insectos, la utilización de los cultivos como birreactores para la obtención de productos farmacéuticos y aditivos alimentarios, la modificación de las propiedades nutricionales de diferentes productos vegetales y la producción industrial de materiales de interés, como aceites o plásticos.

Para conseguir una transformación eficiente de un tejido vegetal es preciso satisfacer, en principio, los siguientes requisitos:

Debe ser técnicamente posible la propagación y la regulación del tejido diana; Debe existir un método eficiente de introducción de ADN en el tejido vegetal; Debe existir un marcador que permita seleccionar eficientemente los tejidos

transformados; Debe ser posible regenerar plantas fértiles a partir del tejido transgénico con una

frecuencia de éxito suficientemente elevada para ser económicamente viable; El proceso de transferencia debe ser simple, eficaz, reproducible, económico e

independiente del genotipo del organismo utilizado; y

El proceso de regeneración no debe ser muy dilatado en el tiempo, para prevenir la variación somaclonal de los tejidos transformados y la esterilidad.

METABOLITOS SECUNDARIOS

Se definen como metabolitos o productos secundarios aquellos compuestos que no tienen una función reconocida en el mantenimiento de los procesos fisiológicos fundamentales de los organismos que los sintetizas.

Las plantas superiores son una importante fuente de metabolitos secundarios los cuales han despertado mayor interés por su función biológica y aplicación, utilizados por el hombre en diversas industrias, tales como la farmacéutica, alimentaria, agroquímica y cosmética, entre otras.

Los metabolitos secundarios desempeñan funciones importantes en la planta como protegerlas contra los depredadores, permitirles competir ventajosamente por el hábitat con otras plantas, atraer polinizadores y simbiontes y, tal vez, brindarles protección contra diferentes condiciones de estrés. (Loyola-Vargas, 1985)

Existe evidencia de que los metabolitos secundarios se encuentran bajo una estricta regulación metabolica (Reyes et al., 1985; Loyola-Vargas et al., 1984) y que su síntesis está regulada también por factores como la luz (Endress et al., 1984; Hagimori et al., 1982), los reguladores del crecimiento (Hagimori et al., 1982; Elliot, 1983) y la temperatura (Lipskii et al., 1982).

En la actualidad se dispone de un esquema general sobre la biosíntesis de los metabolitos secundarios (Figura 1), pero se desconocen en gran medida los pasos intermedios y las estrategias que siguen las células para regularla. Fig. 1 Principales vías del metabolismo secundario en las células vegetales.

CULTIVO DE CELULAS VEGETALES

La gran complejidad de los metabolitos vegetales (muchas veces con presencia de varios carbonos quirales) hace que su síntesis química sea poco eficiente y costosa.

Durante los últimos 30 años se ha buscado como estrategia alternativa el cultivo in vitro de tejidos vegetales para la producción de metabolitos secundarios en lugar de utilizar los sistemas tradicionales de cultivos a campo.

El cultivo in vitro ofrece algunas ventajas potenciales:

Suministro planificado de acuerdo con la demanda, independencia del clima, suelo, enfermedades y problemas sociopolíticos.

Cultivo bajo condiciones controladas y optimizadas, lo que posibilita una calidad estable. Cortos periodos de tiempo. Uso de las mismas instalaciones para distintos metabolitos. Mejores condiciones para la extracción y purificación.

La causa por la cual pocos procesos se han llevado a escala industrial es su baja productividad, en parte debido a que se ha trabajado con células con células indiferenciadas (callos y cultivos es en suspensión). El proceso de desdiferenciación generalmente lleva a una pérdida de la capacidad de producir metabolitos secundarios, lo que puede deberse a pérdida de la expresión de los genes responsables de las rutas metabólicas en células no especializadas, pérdida de sitios de almacenamiento que sólo estarán presentes en cultivos diferenciados, o a desregulación del catabolismo del compuesto sintetizado. Ante estas dificultades el cultivo in vitro de tejidos diferenciados (tallos y raíces) se presenta como una estrategia muy atractiva.

Los cultivos in vitro de raíces aplicados al estudio y producción de metabolitos secundarios se comenzaron a utilizar hace 40 años; estos sistemas generalmente obtenidos a través de un balance hormonal en el medio de cultivo, son difíciles de establecer, y además las raíces presentan un crecimiento lento. Este inconveniente pudo ser solucionado por medio del cultivo de raíces transformadas, obtenidas a través de la infección con cepas patogénicas de Agrobacterium rhizogenes (raíces en cabelleras o “hairy roots”).

El sistema de raíces transformadas es excelente para el estudio de rutas metabólicas, interacción de plantas con microorganismos, estudios de producción, entre otros.

Tagetes laxa Cabrera es una especie productora de tiofenos (compuestos heterocíclicos azufrados derivados de los poliacetilenos que poseen una gran actividad biocida especialmente contra nematelmintos e insectos). Por ser estas últimas moléculas fácilmente degradables son una alternativa eficaz para reemplazar a los insecticidas usados en la actualidad.