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¿Cómo se aplica la ingeniería genética en plantas?

Durante años, mediante el cruzamiento, se han conseguido plantas con una característica deseada después de muchas generaciones. La biotecnología acelera este proceso y permite a los científicos coger sólo los genes deseados de una planta, consiguiendo así los resultados esperados en una generación. La ingeniería genética nos permite hacer todo esto. En este artículo explicaré en qué consiste y su metodología.  

¿QUÉ ES LA INGENIERÍA GENÉTICA?

La ingeniería genética es una rama de la biotecnología que consiste en modificar las características hereditarias de un organismo mediante la alteración de su material genético. Habitualmente se utiliza para conseguir que determinados microorganismos, como bacterios o virus, aumenten la síntesis de compuestos, formen compuestos nuevos o se adapten a medios diferentes.

Es una herramienta más segura y más eficiente para el mejoramiento de especies que los métodos tradicionales (cruzamientos), ya que elimina gran parte de la aleatoriedad y del azar. Por otro lado, la biotecnología moderna también una deviene una nueva tecnología en disponer de la facultad de modificar los atributos de los organismos vivos mediante la introducción de material genético preparado in vitro.

Se podría definir como el conjunto de metodologías que permiten transferir genes de un organismo a otro y expresarlos (producir proteínas para las cuales estos genes codifican) en organismos diferentes al de origen. El ADN que combina fragmentos de organismos diferentes se llama ADN recombinante. Como consecuencia, las técnicas que utiliza la ingeniería genética se llaman técnicas de ADN recombinante.

A día de hoy hay muchos más organismos vegetales modificados genéticamente que no organismos animales. Por esta razón explicaré la ingeniería genética basándome en plantas.

INGENIERÍA GENÉTICA vs. MÉTODOS TRADICIONALES

Esta metodología tiene tres ventajas fundamentales respecto a las técnicas convencionales de mejora genética basadas en la hibridación:

  • Los genes que se tienen que incorporar pueden venir de cualquier especie, emparentada o no (por ejemplo un gen de una bacteria se puede incorporar al genoma de la soja).
  • A la planta mejorada genéticamente se le puede introducir un único gen nuevo preservando el resto de los genes de la planta original a su descendencia.
  • Este proceso de modificación retrasa mucho menos los plazos que la mejora por cruzamiento.

De esta forma se pueden modificar propiedades de las plantas de manera más amplia, más precisa y más rápida.

Con el cruzamiento tradicional se genera un híbrido que combina al azar genes de los dos organismos parentales, entre ellos el gen de interés que codifica para el rasgo deseado. Con las técnicas de la biotecnología se pasan uno o algunos genes, que codifican una característica específica conocida. La planta nueva está integrada con todos los genes originales de la planta y un gen introducido de manera precisa y dirigida (Figura 1).

fig1ESP.jpg
Figura 1. (A) Método tradicional donde, mediante el cruzamiento, se obtiene una nueva variedad. Ésta lleva el gen de interés (rojo) pero también otros genes al azar. (B) Con la ingeniería genética obtenemos una nueva variedad de la planta comercial con el gen de interés (rojo) de cualquier otra especie (Fuente: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

METODOLOGÍA DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

La obtención de un organismo transgénico a través de técnicas de ingeniería genética implica la participación de un organismo que da el gen de interés y un organismo receptor del gen que expresará la nueva característica deseada. Las etapas y técnicas del proceso son las siguientes:

0/ DECIDIR EL OBJETIVO: REALIZAR UN KNOCK-IN O UN KNOCK-OUT

Técnica KNOCK-OUT:

El bloqueo de genes o knock-out es la técnica que consiste en suprimir la expresión de un gen, sustituyéndolo por una versión mutada de sí mismo, siendo esta copia no funcional. Esta técnica permite hacer que un gen se deje de expresar.

Técnica KNOCK-IN:

La técnica del knock-in es el proceso opuesto al del knock-out. Se remplaza un gen por una versión modificada de sí mismo, el cual produce una variación en la función resultante de éste.

En el ámbito de la medicina, el knock-in de genes se ha aplicado como estrategia para sustituir o mutar los genes que causan enfermedades como la Corea de Huntington, con el fin de ayudar a crear una terapia exitosa.

1/ CORROBORAR QUE EXISTE UN GEN QUE CODIFICA PARA LA CARACTERÍSTICA DE INTERÉS

Primero se tiene que comprobar que la característica que interesa proviene de un gen, ya que así será más fácil transferirla a un organismo que no la tenga.

2/ CLONAR EL GEN DE INTERÉS

Es un proceso complejo, pero a rasgos generales los pasos que se siguen son los siguientes:

  • Extraer el ADN
  • Buscar un gen entre todos los genes de este ADN
  • Secuenciarlo
  • Construir el vector recombinante

El ADN de interés se inserta en un plásmido, una molécula de ADN circular con replicación autónoma. Los más utilizados son los plásmidos de origen bacteriano (Video 1).

Video 1. “Clonación plásmido traducido”. Explicación de la utilitzación de plàsmidos en el proceso de clonación  como vector (Font: YouTube)

El desarrollo de estas técnicas fue posible gracias al descubrimiento de las enzimas de restricción. Estas enzimas reconocen secuencias específicas, de pocas bases, y cortan por este punto el ADN. Los extremos generados se pueden sellar con la enzima ligasa y obtener así una nueva molécula de ADN, nombrada recombinante (Figura 2).

adnrecombi
Figura 2. (1) ADN del plásmido. (2) ADN de otro organismo. (3a, 3b) Se corta el ADN con una enzima de restricción. (4) La enzima de restricción reconoce la secuencia AATT y corta entre los nucleótidos A y T de las cadenas de ADN. (5) Se ponen en contacto los dos ADN para que se formen moléculas recombinantes. (6) Una enzima ligasa une los extremos del ADN con tal de tener una nueva molécula (Fuente: GeoPaloma)

3/ CARACTERIZAR EL GEN DE INTERÉS

Conociendo la secuencia del gen se puede comparar con esta secuencia con la de genes ya conocidos a través de la bioinformática, con tal de determinar a qué gen se parece y asignarle una posible función. Después de haber predicho la función del gen clonado se confirma la función in vivo, normalmente transfiriéndolo a un organismo modelo.

4/ MODIFICAR EL GEN DE INTERÉS

Si se desea se puede agregar (promotor, intrones…) o mutar secuencias dentro de la región codificante para que se puede expresar en el sistema de interés.

5/ TRANSFORMACIÓN DE UN ORGANISMO CON EL GEN DE INTERÉS

Una vez finalizada la construcción genética con el gen y el promotor deseado, se inserta el ADN recombinante a las células del individuo que se quiere modificar.

6/ CARACTERIZACIÓN DEL OGM

Cuando ya se tiene el OGM (Organismo Genéticamente Modificado) se analiza desde el punto de vista molecular y biológico. En el análisis molecular se tiene que demostrar, entre otros, si tiene una (o más) copias del transgen o como y a qué tejidos se expresa el gen. En el análisis biológico se mira si cumple el objetivo por el cual se ha diseñado.

REFERENCIAS

MireiaRamos-castella

Un pensament a “¿Cómo se aplica la ingeniería genética en plantas?”

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