Que son las Plantas Transgénicas?

La planta transgénica contiene uno o más genes que han sido insertados en forma artificial en lugar de que la planta los adquiera mediante la polinización. La secuencia génica insertada (llamada el transgen) puede provenir de otra planta no emparentada o de una especie por completo diferente: por ejemplo, el maíz Bt, que produce su propio insecticida, contiene un gen de una bacteria. Las plantas que tienen transgenes a menudo son llamadas genéticamente modificadas o cultivos GM, si bien en realidad todos los cultivos han sido genéticamente modificados con respecto a su estado silvestre original mediante la domesticación, la selección y el mejoramiento controlado a través de períodos prolongados. En este sitio de la red usaremos el término transgénico para describir una planta de cultivo que tiene transgenes insertados.

Imagen: Resultados de la infestación con insectos en las cápsulas de algodón Bt (derecha) y no Bt (izquierda). Fuente: Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de América.

¿Por qué hacer plantas de cultivo transgénicas?El fitomejorador trata de reunir una combinación de genes en una planta de cultivo que la hagan tan útil y productiva como sea posible. Según dónde y para qué propósito se cultive la planta, los genes deseables pueden proporcionar características tales como un rendimiento más alto o mejor calidad, resistencia a las plagas o enfermedades o tolerancia al calor, el frío y la sequía. Combinar los mejores genes en una sola planta es un proceso largo y difícil, en especial cuando el fitomejoramiento tradicional se ha limitado al cruzamiento artificial de plantas dentro de la misma especie o entre especies estrechamente emparentadas para reunir diferentes genes. Por ejemplo, un gen para aumentar el contenido proteínico de la soya no podía ser transferido a un cultivo completamente distinto como es el maíz usando las técnicas tradicionales. La tecnología transgénica permite a los fitomejoradores reunir en una sola planta genes útiles de una amplia gama de fuentes, no sólo de la misma especie de cultivo o de plantas muy emparentadas. Esta tecnología proporciona un instrumento para identificar y aislar genes que controlan características específicas en una sola clase de organismos y para trasladar copias de esos genes a otro organismo muy diferente, que entonces tendrá también esas características. Este poderoso instrumento permite a los fitomejoradores hacer lo que siempre han hecho, generar variedades de cultivos más útiles y productivas que contienen combinaciones nuevas de genes, y además ampliar las posibilidades más allá de las limitaciones impuestas por la polinización cruzada y las técnicas de selección tradicionales

Las plantas transgénicas

¿Qué es una planta transgénica? Una planta transgénica contiene uno o más genes que han sido transferidos (transgenes) de otra planta no emparentada o de una especie diferente. Las plantas que tienen transgenes también se denominan genéticamente modificadas o cultivos GM. Aunque estas modificaciones parecen novedosas, en los últimos 10 mil años todos los cultivos han sido genéticamente modificados con respecto a su estado silvestre, mediante la domesticación, la selección y el mejoramiento controlado a través de períodos prolongados. Este proceso de generación de nuevas variedades ha sido (y continúa siendo) muy útil en la agricultura y ha originado las variedades que se cultivan hoy en día. La ingeniería genética (ver Cuadernos Nº 1 a 5) se constituyó en una herramienta que complementa los métodos tradicionales y permitió importantes avances en el área del conocimiento de la biología vegetal. El gran esfuerzo realizado en este sentido tuvo como consecuencia la llegada al mercado, a partir de 1995, de los primeros cultivares transgénicos. Las plantas transgénicas obtenidas hasta la fecha se desarrollaron por diversos métodos, los que han sido modificados para cada especie en particular, aumentándose de esta forma su eficacia.

¿Cuáles son las aplicaciones de la transformación genética en plantas?La tecnología de transformación genética permite:

• aportar variabilidad genética de forma controlada y precisa, sin alterar el fondo genético. Es decir, crear nuevas variedades (cultivares) con características favorables, sin perder las mejoras logradas anteriormente. • conocer y/o profundizar acerca de la estructura y función de genes específicos.• expresar genes de interés no existentes en la especie (ejemplo: la fabricación de proteínas insecticidas de origen bacteriano en el maíz Bt). • expresar nuevas formas alélicas (variantes) de genes que ya están presentes en el genoma. • modificar los niveles o el patrón de expresión de alguna proteína transfiriendo el gen correspondiente ya presente en la célula vegetal pero con una secuencia regulatoria diferente, que facilite la expresión de la proteína. • inhibir la expresión de genes presentes en el genoma (por ejemplo, la soja transgénica hipoalergénica en la cual se inhibe o diminuye la expresión del gen que codifica una proteína alergénica).

¿Cómo se puede aportar variabilidad genética por medio de ingeniería genética?

En el mejoramiento vegetal el fitomejorador trata de reunir en una planta una combinación de genes que la hagan tan útil y productiva como sea posible. Combinar los mejores genes por mejoramiento tradicional en una sola planta es un proceso largo y difícil. La tecnología de transformación por ingeniería genética permite reunir en una sola planta genes útiles de una amplia gama de fuentes, no sólo de la misma especie de cultivo o de plantas emparentadas, sino de organismos de otras especies, e incluso de otros reinos. Es decir que permite a los fitomejoradores hacer lo que siempre han hecho, generar variedades de cultivos más útiles y productivas que contienen combinaciones nuevas de genes, pero con la ventaja de ampliar las posibilidades más allá de las limitaciones impuestas por la polinización cruzada y las técnicas de selección tradicionales (ver Cuaderno Nº 5).

¿Cómo se obtiene una planta transgénica?

Para lograr una planta transgénica deben ocurrir los siguientes pasos (ver Cuaderno Nº 67):

• El transgén debe ser transferido al interior de la célula e integrarse al ADN celular, dando origen a una célula transgénica. • Se debe regenerar una planta completa a partir de la célula transgénica. Una vez introducido el gen de interés en la célula, se induce el desarrollo de plantas mediante distintas técnicas de cultivo de tejidos (ver cuaderno 35 y 56). • Las plantas regeneradas in vitro son analizadas por técnicas moleculares para identificar aquellas que porten y expresen el o los transgenes en los niveles deseados. • Las plantas transgénicas obtenidas son incorporadas a procesos de mejoramiento convencional para introducir los nuevos genes en otras variedades (cultivares) de interés, lo que dependerá de la especie y del tipo de cultivar a obtener. La cruza inicial con la variedad mejorada debe ser seguida de varios ciclos de cruzamientos repetidos con el progenitor mejorado, proceso conocido como retrocruzamiento, de modo de recuperar tanto como sea posible el genoma del progenitor mejorado, con el agregado del transgén del progenitor transformado. • El próximo paso son los ensayos en invernadero y en el campo para comprobar los efectos del transgén y el desempeño general de la planta. Esta fase incluye también la evaluación de los efectos ambientales y la inocuidad alimentaria.

Dado que las células tienen diferente capacidad de respuesta para cada uno de estos procesos, la puesta a punto de un protocolo de transformación eficiente requiere maximizar la cantidad de células capaces de integrar el ADN de manera simultánea. Utilizando los métodos comunes de transformación (ver cuaderno 18 y 28), la integración del transgén en el genoma celular se produce al azar. Es por ello que diferentes plantas transgénicas provenientes de un mismo experimento, presentan el transgén insertado en distintos sitios del genoma receptor. Como se trata en los cuadernos 18 y 28 existen diferentes métodos para transferir ADN a células vegetales. Para aplicar cualquiera de estos métodos desarrolladas hasta el momento es necesario disponer del transgén con sus secuencias regulatorias y codificante clonadas en un vector de transformación y de una metodología eficiente para la transferencia al genoma vegetal.

Transferencia de genes al cloroplasto: plantas transplastómicas

La mayoría de plantas transgénicas obtenidas hasta el momento provienen de la transferencia de ADN al genoma nuclear. Sin embargo las células vegetales contienen tres genomas: el nuclear, el plastídico (también llamado plastoma o genoma de los cloroplastos), y el mitocondrial. En los últimos años la transferencia de ADN al genoma plastídico ha recibido notable atención y ya se han obtenido plantas transplastómicas, es decir plantas derivadas de células a las que se les ha transferido nueva información genética al genoma plastídico. Así, el genoma de los plástidos se ha convertido en un blanco atractivo para la ingeniería genética ya que esta tecnología ofrece una serie de ventajas sobre la transformación del genoma nuclear. Por ejemplo se pueden obtener altos niveles de expresión de los transgenes y elevados niveles de acumulación de las proteínas codificadas por ellos en los cloroplastos (superior al 50% de las proteínas solubles totales, mientras que el nivel de acumulación observado a partir de transgenes nucleares es generalmente inferior al 1%.) Esto constituye una herramienta de aplicación muy importante cuando se quiere expresar una proteína de aplicación farmacéutica. Por otro lado, como la mayoría de las especies tienen transmisión materna de los plástidos se minimiza la dispersión de los transgenes por el polen y, en consecuencia, se tiene una ventaja ambiental a la hora de autorizar la liberación de los cultivos al medioambiente. Hasta el momento los protocolos existentes para la obtención de plantas transplantómicas se basan en la transferencia de genes por el método de bombardeo de micropartículas (ver Cuaderno Nº 28), un eficiente proceso de cultivo y selección in vitro, y la utilización de vectores con secuencias homólogas al genoma del cloroplasto. A diferencia de lo que ocurre en la transformación del genoma nuclear, en el plastoma la integración de los transgenes es dirigida mediante recombinación homóloga. Para lograr esto, los vectores contienen los genes de interés flanqueados por secuencias que tienen alta homología al ADN plastídico. Por otro lado, la utilización de promotores específicos del cloroplasto permite que los transgenes se expresen exclusivamente en los plástidos.

Presente y futuro de la aplicación de la tecnología de transferencia de ADN

La primera generación de cultivos transgénicos, comercializados en la actualidad, corresponden a la búsqueda de un aumento en la productividad, reducción en el uso de agroquímicos, conservación de la tierra cultivable, mejor manejo y aprovechamiento del agua y la energía, reducción de la contaminación del ambiente y los beneficios para la salud humana derivados de estos aspectos. La segunda generación de cultivos transgénicos ofrece más beneficios directos para los consumidores y comprenden el mejoramiento de la calidad nutricional (proteínas, aceite, vitaminas y minerales), la eliminación de alergenos, la fitorremediación (es decir la recuperación de ambientes contaminados mediante el uso de plantas) y la utilización de plantas como biorreactores (molecular pharming) para la expresión de proteínas recombinantes con fines tales como la producción de anticuerpos, vacunas y otras proteínas de uso terapéutico o industrial. Un ejemplo es el ‘arroz dorado’, llamado así por la pigmentación amarilla que tienen sus granos debido a que acumula altos niveles de provitamina A en el endosperma. En este aspecto la obtención de plantas transplastómicas promete mejores resultados. La tercera generación de cultivos transgénicos tendrá por objeto aspectos tales como la modificación de la arquitectura de la planta, la manipulación de la floración, el mejoramiento de la eficiencia fotosintética, etc. Esto será posible en la medida que se obtengan resultados de los proyectos genoma.La siguiente tabla muestra algunas especies de interés económico que han sido modificadas por ingeniería genética

Las plantas transgénicas

Jaime Padilla

¿Panacea o amenaza?

Cultivos que producen su propio insecticida, jitomates que conservan su frescura y sabor durante varias semanas, capullos donde crece algodón de colores, son algunos ejemplos de lo que la biotecnología ha logrado a través de las llamadas plantas transgénicas, un campo de investigación y desarrollo tan fascinante como polémico.

Las plantas transgénicas forman parte del grupo de los llamados organismos modificados genéticamente y son el resultado del avance de las técnicas de la biología experimental, así como de la búsqueda de soluciones a diversos problemas de la producción agroindustrial. Muchos de los conceptos y procedimientos necesarios para obtenerlas se desarrollaron durante los últimos veinte años; sin embargo, sus aplicaciones comerciales sólo pudieron ser financiadas por las grandes compañías que hoy dominan el mercado de la agrobiotecnología.

Lo que distingue a las plantas transgénicas es que poseen una o más características que no fueron heredadas de sus antecesores. En cada una de sus células llevan genes "añadidos" artificialmente, es decir, fragmentos adicionales de ácido desoxirribonucleico (ADN) provenientes de otra especie de planta, un virus, una bacteria o un hongo; estos genes contribuyen a producir nuevas sustancias, a modificar el ritmo del desarrollo de la planta o, bien, a aumentar su capacidad de defensa contra factores adversos.

El interés en el desarrollo de plantas transgénicas es el de mejorar la calidad y productividad de los cultivos; además, estas plantas constituyen una poderosa herramienta de investigación.

La ensalada transgénica

El aspecto de una planta transgénica no es, en general, sorprendente; no se trata de calabazas gigantes, ni de limones con formas extrañas, ni papas que saben a jitomate. A primera vista, una planta transgénica es semejante a las que no han sido transformadas. El cambio lo llevan en su interior y éste sí es asombroso: ya es posible adquirir semillas para cultivar plantas de varias especies que producen un bioinsecticida (cultivos Bt), lo que ha reducido significativamente la aplicación de pesticidas químicos; otras plantas son resistentes a un tipo de herbicida, lo cual permite que el combate de malezas o "malas yerbas" sea más efectivo pues los cultivos no resultan dañados. En particular, destaca una variedad de jitomate diseñada para tener una maduración retrasada en sus frutos que hace posible que éstos permanezcan más tiempo frescos en color, textura y sabor. En algunos países existen ya en el mercado productos derivados de plantas transgénicas de soya, algodón, papa, maíz y jitomate, principalmente. Y quizá pronto se sumen otros a la lista; actualmente se realizan pruebas de campo y de tipo sanitario de variedades de calabacita que pueden evitar el ataque de ciertos virus, de oleaginosas como la colza (canola), que contienen una proporción más saludable para el consumidor de aceites en sus semillas, y también de papayas y otros frutales que pueden tolerar el aluminio tóxico de suelos ácidos y absorben mejor el fósforo disponible. Se investiga, además, la posibilidad de desarrollar plantas que puedan ser vehículos de vacunación: se trata de que la propia planta produzca la vacuna y ésta sea administrada con el alimento mismo, digamos un plátano; otras posibilidades son plantas que produzcan anticuerpos, diversos fármacos e incluso plásticos biodegradables.

Una muestra del potencial comercial de las plantas transgénicas es el hecho de que en los Estados Unidos se estén probando actualmente cultivos de este tipo usando casi 100 genes distintos, introducidos en por lo menos 35 especies vegetales diferentes.

La modificación genética

¿De dónde surge una planta transgénica? Para conocer la respuesta es preciso recordar que los genes son partes o regiones definidas del ADN, esa larga molécula informativa que poseemos todos los seres vivos —nuestro genoma— y que está formada por combinaciones enormes de cuatro "letras" moleculares denominadas bases nitrogenadas. Cada gene contiene una instrucción específica para la fabricación de una proteína, la cual se"dobla" en una forma característica para funcionar ya sea como enzima, fibra muscular, hormona o toxina. Así, cada proteína participa en alguna parte de las numerosas estructuras y actividades de la célula. Normalmente conocemos la función de los genes a través de la proteína que codifican (y viceversa). En años recientes, ha crecido el interés por conocer mejor cuáles son los genes importantes para el crecimiento, la nutrición y aquéllos relacionados con la susceptibilidad a las enfermedades o la resistencia a los parásitos, para poder incidir en los factores que hacen que las plantas que cultivamos sean productivas, saludables y más resistentes, o que aumenten su valor nutricional.

La idea central de la modificación genética, en este caso de la creación de plantas transgénicas, es que si un gene tiene influencia directa en alguna propiedad de un organismo determinado, es muy posible que el mismo gene afecte esa propiedad en otros organismos. Y esto se ha comprobado: la adición de genes específicos en varios organismos produce —gracias a la proteína que estos genes originan— algunos cambios significativos, heredables y frecuentemente útiles.

En el caso particular de las plantas, como se pueden regenerar plantas completas a partir de células individuales o grupos de ellas, una célula a la que se le ha insertado un gene de otro organismo puede dar origen a plantas completas con copias del gene adicional en el tallo, las hojas, la raíz, las flores o el fruto.

La ingeniería genética de plantas para usos agrícolas se nutre también de estrategias basadas en el conocimiento del modo en que varios organismos aprovechan su medio ambiente. Se sabe que diversos patógenos tienen formas de evitar la acción de sus propias toxinas o que muchos insectos tiene enemigos que los atacan de modo muy específico. Como existen genes involucrados en este tipo de capacidades, su inserción en el ADN de las plantas puede darle a éstas formas especiales de tolerancia o defensa ante plagas y enfermedades. Por ejemplo, existe un grupo de bacterias del suelo (Bacillus thuringensis), que produce una proteína insecticida que no es tóxica a muchas especies útiles. Durante casi dos décadas, extractos de este organismo se han rociado en los cultivos para protegerlos, pero hace cuatro o cinco años se logró introducir en diversas especies de plantas el gene bacteriano responsable de la toxina, de modo que ahora ellas mismas producen el insecticida.

Los riesgos y la polémica

En la aplicación comercial de las plantas transgénicas se han considerado varios riesgos potenciales que pudieran reducir su efectividad o, lo que es peor, que generen problemas de salud, agronómicos o ecológicos en el futuro.

En primer lugar, la posibilidad de que los procesos de transformación y regeneración de las plantas produzcan en ellas alteraciones no deseadas (por ejemplo en su tamaño, coloración o rendimiento) se descarta por medio de pruebas que se realizan en invernaderos y en el campo. Sin embargo, es posible que se presenten efectos en el ambiente en una extensión o en un plazo más largos. Al reproducirse las plantas transgénicas, su polen puede contribuir a que los transgenes sean diseminados en otras plantas compatibles (de la misma especie pero de distinta variedad), en las especies silvestres (que a veces son malezas) o en especies ancestrales de las formas cultivadas, generando problemas ecológicos, comerciales y legales. Éste es todavía un aspecto que debe evaluarse, considerando el tipo de reproducción de las especies en cuestión. En México existe preocupación por el maíz y otros cultivos (jitomate, chile, calabaza), ya que nuestro país es fuente primordial de riqueza en biodiversidad de tales especies.

Se considera también que las variedades transgénicas diseñadas para producir nuevas toxinas contra plagas (por ejemplo, el algodón Bt) podrían tener efectos nocivos en organismos benéficos como abejas y catarinas, o bien, que esas toxinas se acumulen en las cadenas alimenticias e incluso promuevan la resistencia de las plagas. Se han planteado ya diversas estrategias para el manejo agrícola y una reglamentación que disminuyan algunos de estos riesgos. Una de esas estrategias, por ejemplo, es destinar una parte del terreno de cultivo a la siembra de plantas no transgénicas, a fin de conservar el equilibrio en la población de plagas y evitar que aquellas que desarrollen resistencia a la toxina se multipliquen.

Otra preocupación importante se refiere a la posibilidad de un impacto negativo en la nutrición y la salud humanas; este riesgo es muy bajo dadas las pruebas y controles sanitarios a los que se somete cualquier producto nuevo destinado al consumo humano. Un punto más de la discusión es el derecho, tanto de los consumidores como de cada nación, a comprar o no productos transgénicos; para ejercer este derecho es preciso que los productos se comercialicen por separado, no mezclados junto con los convencionales, y que sean fácilmente identificables. En este sentido, hay posturas encontradas entre los Estados Unidos, que se oponen a etiquetar sus productos, y sus socios de la Unión Europea, que exigen el etiquetado.

La situación se ha complicado, además, por la necesidad de que la regulación de diversos aspectos sobre el uso de los productos derivados de plantas transgénicas a nivel mundial sea compatible con los acuerdos internacionales de comercio.

Hasta el momento prevalece una falta de consenso entre los países sobre cómo regular la producción, distribución y venta no sólo de plantas transgénicas y sus derivados, también de otros organismos modificados genéticamente. Un esfuerzo importante pero que no resolvió la cuestión fue la reunión mundial celebrada el pasado mes de febrero en Cartagena de Indias, Colombia, convocada para aprobar el llamado Protocolo de Bioseguridad.

Desde el punto de vista sanitario, se ha constatado que las variedades transgénicas ya comercializadas no son distintas de las convencionales; otras están todavía pendientes de aprobación. Con respecto a los efectos en el ambiente, hay cierto acuerdo en que es necesaria más investigación, tanto de las empresas de agrobiotecnología como de instituciones académicas y organismos públicos.

De cualquier manera, la perspectiva de una agricultura complementada con el cultivo de plantas transgénicas es aún muy promisoria y una de nuestras mejores opciones para satisfacer la demanda de alimentos de una población humana en continuo crecimiento.

Herramientas de investigación

En el Instituto de Biotecnología de la UNAM se realizan investigaciones sobre la localización, estructura y función de varios genes vegetales. Para ello se utilizan frecuentemente plantas transgénicas como una herramienta experimental que permite estudiar más directamente la acción de algunos genes. Entre otros, aquellos que inciden en la capacidad de asociación con otros organismos, la tolerancia a la sequía, el desarrollo de raíces, la síntesis de pigmentos y las respuestas a los daños que sufre la planta. Normalmente se utilizan especies de fácil transformación y regeneración como el tabaco, la leguminosa Lotus o bien, una plantita de la familia de las crucíferas llamada Arabidopsis thaliana. Estas plantas deben cultivarse en condiciones controladas, es decir, cámaras de crecimiento donde se determina de antemano la temperatura, la cantidad de luz y la duración del ciclo iluminación-oscuridad. Otras plantas como el frijol o el maíz, por su tamaño, se cultivan en invernaderos, donde están sujetas a cambios más parecidos a los que tendrían en el campo. En cualquier caso, esto permite desarrollar muchas de ellas de manera aislada, hasta que producen flores y semillas.

También se busca localizar y "etiquetar" otros genes con efectos en el metabolismo, el desarrollo y la interacción con el ambiente utilizando técnicas de "barrido genómico" (genome scanning); esta labor puede contribuir a conocer y preservar mejor nuestra diversidad biológica y a generar variedades de diversos cultivos adaptados a nuestros recursos y necesidades.