Plantas transgenicas

Los cultivos modificados genéticamente se han creado con los siguientes fines:
Aumentar la productividad de los cultivos mediante resistencia a plagas, herbicidas, sequías, suelos de elevada salinidad, etc.
Mejorar la calidad del producto (aspecto, contenido nutricional, retraso la maduración de los frutos para aunmentar el tiempo de almacenamiento).
Regeneración del suelo contaminado por metales pesados con plantas transgénicas tolerantes a concentraciones elevadas de estos elementos.
Producción de medicamentos. Se ha investigado la producción de anticuerpos monoclonales, vacunas y otras proteínas terapéuticas en plantas transgénicas de maíz y soja.

La obtención de plantas transgénicas es posible gracias a una característica propia de los vegetales: la totipotencia, con la cual cualquier célula de un vegetal tiene el potencial de regenerar una planta completa. En 1956, se descubrieron hormonas vegetales, lo que permitió desarrollar el cultivo de tejidos vegetales in vitro. Las células vegetales se pueden cultivar en un medio artificial y en condiciones estériles (para evitar infecciones de patógenos) que aporte los nutrientes necesarios para las divisiones celulares y la proliferación vegetativa. Existen tres aproximaciones para regenerar plantas completas in vitro:
1. El cultivo de embriones: Aislamiento de embriones propiciando su crecimiento como planta en un medio artificial
2. La embriogénesis somática o asexual: Generación de embriones a partir de tejidos somáticos, como microesporas u hojas
3. La organogénesis: Generación de órganos como tallos o raíces a partir de diversos tejidos

Dado que la manipulación genética requerida para introducir los transgenes actúa a nivel celular, es necesario desarrollar una tecnología de cultivo de tejidos in vitro adecuada para cada especie vegetal. De este modo, las células inicialmente transformadas regenerarán, mediante propagación vegetativa, una planta completa donde todas las células contendrán el transgen. Precisamente este paso es el factor limitante en la obtención de plantas transgénicas de determinadas especies.
Sistemas de transformación de plantas
Transformación de protoplastos
Se denominan protoplastos a las células vegetales desprovistas de pared celular. Su obtención se lleva a cabo mediante procesos mecánicos y enzimáticos de eliminación de la pared celular. Mediante este proceso se obtiene una suspensión con millones de células individuales susceptibles de ser transformadas. Los protoplastos se mantienen en un medio de cultivo y se adiciona el gen que se ha de transferir. Para conseguir la penetración del transgen es necesaria la permeabilización de la membrana, que se lleva a cabo mediante distintos procesos:
- Electroporación: Consiste en aplicar al protoplasto descargas eléctricas de manera que la membrana se despolariza y se crean diminutos poros por los que puede penetrar el ADN
- Tratamiento con polietilenglicol para desestabilizar la membrana celular
- Fusión con la membrana de liposomas que contengan el ADN a transferir
Una vez incorporado el ADN, se requiere cultivar los protoplastos para permitir su división, y en las condiciones que permitan conseguir la regeneración de la planta que ha incorporado el transgen.
Transformación biolística
Se denomina biolística a la introducción de ADN en células mediante la aceleración de microproyectiles. Generalmente los microproyectiles son de un material inerte (oro o tungsteno). Los microproyectiles se pueden recubrir de ADN, y se pueden acelerar mediante pólvora, una descarga eléctrica, o utilizando gases a presión (por ejemplo helio comprimido). De esta forma se puede introducir ADN en prácticamente cualquier tejido de cualquier especie vegetal.
Pero hay una desventaja, la falta de control sobre la integración del gen en el genoma de la planta. Puede suceder que el transgen se rompa durante el proceso y por tanto se integren fragmentos del ADN de partida, o que se integren demasiados transgenes y por tanto la planta reaccione silenciándolo, es decir, impidiendo que el gen se exprese.
Transformación con Agrobacterium
El co-cultivo de células o tejidos con Agrobacterium es el procedimiento más utilizado para transformar plantas dicotiledóneas y hace muy poco tiempo en monocotiledóneas, como el arroz y el maíz.
Las bacterias del género Agrobacterium son patógenas de plantas capaces de inducir una malformación llamada tumor de agalla. La formación del tumor tiene lugar por la transferencia a los nucleos de las células infectadas de un segmento de ADN presente en un plásmido del Agrobacterium, el T-ADN. De esta forma, la bacteria establece con la planta una especie de "colonización genética", obligándola a fabricar una sustancia de la que sólo se puede nutrir el Agrobacterium y que es segregada en el tumor.
Una vez introducido el transgen en el Agrobacterium, es necesario proceder a co-cultivar las células de la planta con la bacteria. Para ello se emplean tejidos vegetales que deben ser heridos con el fin de activar los genes de virulencia bacterianos y así inducir la introducción del transgén. Los tejidos vegetales empleados pueden ser de hoja, de cotiledones, fragmentos de tallo o incluso semillas en germinación. Este sistema es más fiable que otros ya que la transformación es más estable y sólo se introduce una copia del transgen
Ejemplos de plantas transgénicas
Las plantas transgénicas tienen en potencia múltiples aplicaciones y muchas de ellas ya están implantadas en cultivos agrícolas, por ejemplo, los cultivos de maíz, soja y algodón transgénico resistentes a insectos ocupan mas de 50 millones de hectáreas.
Algunos de los ejemplos más importantes son:
Resistencia a herbicidas
La resistencia a herbicidas se basa en la transferencia de genes de resistencia; esta resistencia a los herbicidas simplifica el control de las malas hierbas para el agricultor sin perjudicar a las plantas.
Resistencia a plagas y enfermedades
Hace varios años que se descubrió en la bacteria Bacillus thurigiensis la presencia de una proteina que resultaba tóxica para muchos insectos, pero no para otros organismos. La introducción del gen que codifica esta proteína en algunos cultivos aporta una serie de ventajas muy importantes para el agricultor, consumidores y medio ambiente; y a su vez se reduce el consumo de insecticidas disminuyendo el empleo de envases difícilmente degradables, y se aumentan las poblaciones de insectos beneficiosos.

Mejora de las propiedades nutritivas y organolépticas
El conocimiento del metabolismo de las plantas permite mejorar e introducir mejoras en sus características, como por ejemplo en el tomate se ha logrado mejorar la textura y la consistencia impidiendo el proceso de maduración, al incorporar un gen que inhibe la formación de pectinaza, enzima que se activa en el curso del envejecimiento del fruto y que produce una degradación de la pared celular y la pérdida de la consistencia del fruto.
También se han desarrollado plantas transgénicas en las que sus propiedades alimenticias están mejoradas, como el arroz donde se aumenta la producción de precursores de vitamina A, o las papas transgénicas, con genes que la hacen más rica en aminoácidos esenciales
Resistencia a estrés ambiental
La productividad de muchos cultivos se ve comprometida por gran variedad de presiones ambientales, como sequía, heladas, etc. A menudo la resistencia a las condiciones adversa suele venir determinada por varios genes, siendo difícil de conseguir, por el momento, mediante la biotecnología. Un ejemplo de mejora de la resistencia de la planta a una condición adversa como son las heladas se ha llevado a cabo mediante bacterias, cuyos hábitat naturales son las plantas. Estas bacterias son en gran parte responsables de los daños de las heladas al facilitar la producción de cristales de hielo con una proteína que actúa como núcleo de cristalización. La separación del gen implicado permite obtener colonias de estas bacterias que, una vez inoculadas en grandes cantidades en la planta, le confieren una mayor resistencia a las bajas temperaturas.