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Ingeniería genética más precisa para plantas
La ingeniería genética de plantas es un proceso que requiere mucho tiempo. Los métodos que se utilizan actualmente para producir cambios genéticos son imprecisos, por lo que a menudo es necesario generar miles de plantas para encontrar una que tenga la alteración deseada. Dos artículos en el de esta semana Naturaleza detallar el uso de una tecnología genética que permite a los científicos apuntar a los genomas de las plantas con mayor precisión. El método, que se ha utilizado previamente en animales y en células humanas, se puede utilizar para introducir un nuevo gen, realizar pequeños cambios en genes existentes o bloquear la expresión de un gen; también permite introducir varios cambios genéticos diferentes en la misma planta.
Fijación de genes: Usando una nueva técnica, los investigadores alteraron un gen en las plantas de tabaco para hacerlas resistentes a los herbicidas. Las plantas que se muestran a la izquierda pueden prosperar cuando se exponen a herbicidas, en comparación con las plantas de control a la derecha.
Ahora tenemos cierto control sobre el código genético de la planta, dice Daniel Voytas , autor principal de uno de los artículos y genetista de la Universidad de Minnesota. La técnica no solo permite cambios más precisos, sino que aumenta en gran medida la eficiencia de generar plantas modificadas genéticamente para su uso como alimento o combustible, o para absorber carbono y limpiar el medio ambiente. Si puede entregar un gen en la misma ubicación cada vez con precisión, eso podría cambiar el panorama regulatorio y disminuir el costo de crear estas plantas transgénicas, dice.
Vipula Shukla, científica de Dow AgroSciences , quien dirigió el otro estudio, dice que para los científicos de plantas, todas las herramientas convencionales que están disponibles para nosotros se basan en métodos que realizan modificaciones aleatorias en los genomas de las plantas. Estos métodos incluyen el uso de un vector bacteriano para transferir ADN a una célula vegetal o la explosión física de partículas recubiertas de ADN en las células. El ADN introducido de esta manera, dice Shukla, puede aterrizar en cualquier lugar dentro del genoma de la planta y tener efectos secundarios no deseados, como alterar un gen existente o producir múltiples copias del gen de interés. Los científicos generalmente generan muchas plantas y luego las seleccionan para encontrar aquellas en las que el cambio deseado tuvo éxito.
Ambos estudios nuevos, uno dirigido por Dow y otro por un consorcio académico, emplearon una tecnología de selección de genes llamada nucleasas de dedos de zinc, proteínas sintéticas que pueden apuntar con precisión a ubicaciones en el genoma y realizar cambios genéticos específicos.
Las nucleasas de dedos de zinc funcionan rompiendo ambas cadenas de ADN en un sitio específico del genoma. Esta doble ruptura hace que la propia maquinaria de reparación de la celda repare la grieta. La maquinaria a menudo buscará un fragmento de ADN que sea similar a la región dañada para copiarlo y pegarlo en el genoma. Al suministrar un fragmento de ADN que contiene secuencias del gen original con los cambios deseados, ya sea la adición de un nuevo gen o un cambio en la secuencia, los científicos pueden inducir a la célula a cambiar el código genético mientras repara la ruptura. La tecnología también se puede utilizar para bloquear un gen aprovechando otro mecanismo de reparación en el que la célula simplemente vuelve a unir los dos extremos rotos, lo que a menudo elimina o inserta nuevas secuencias de ADN en el sitio de reparación, lo que da como resultado un código de ADN que puede ' t ser leído correctamente.
El grupo Dow utilizó el método para introducir dos cambios en el maíz, una planta que se utiliza a menudo para la alimentación animal. Los investigadores se centraron en un gen involucrado en la producción de fitatos, sustancias químicas del maíz que la mayoría de los animales no pueden digerir, y utilizaron el gen como pista de aterrizaje para insertar otro gen que le da a la planta tolerancia a los herbicidas. Al mismo tiempo, alteraron el gen objetivo para que la planta produzca menos fitatos, que, según Shukla, también pueden acumularse como desechos en el agua de escorrentía de las granjas. La capacidad de apilar los rasgos deseados de esta manera no se realiza fácilmente con las tecnologías existentes.
El grupo académico utilizó un método similar, desarrollado por el Consorcio Zinc Finger , un equipo internacional de investigadores comprometido con el desarrollo de una plataforma disponible públicamente para la ingeniería de nucleasas de dedos de zinc. En lugar de agregar un nuevo gen a una planta, los investigadores utilizaron nucleasas de dedos de zinc para introducir una secuencia genética alterada en un gen existente en las plantas de tabaco; la proteína codificada por el gen es un objetivo de los herbicidas y las alteraciones hacen que las plantas sean resistentes a los herbicidas. Voytas dice que poder hacer cambios tan sutiles dentro de un gen les dará a los investigadores una nueva forma de estudiar la biología vegetal.
El método aún requiere generar varias plantas y seleccionarlas para encontrar las que se alteraron con éxito, pero los números están en decenas o cientos, en lugar de miles o decenas de miles. Shukla estima que la tecnología reduce aproximadamente a la mitad el tiempo necesario para diseñar una planta. El método también requiere la creación de nucleasas con dedos de zinc que son específicas para una aplicación particular. Shukla dice que Dow ya está empleando su plataforma para crear moléculas en sus productos internos, así como en proyectos de investigación académica, y planea licenciar la tecnología para uso académico, comercial y humanitario. Voytas dice que el Zinc Finger Consortium está poniendo su método a disposición del público y ofrecerá sesiones de capacitación en la técnica.
Mateo Porteus , bioquímico de la Universidad de Texas en San Antonio, que escribió un editorial acompañante en Naturaleza , dice que los dos artículos son los primeros ejemplos de investigadores que seleccionaron un gen de interés, diseñaron nucleasas con dedos de zinc para ese gen y usaron las nucleasas para crear modificaciones específicas en las plantas. Porteus, que ha estado investigando las nucleasas con dedos de zinc como método para la terapia génica en humanos, dice que el interés por las nucleasas con dedos de zinc ha ido en aumento en los últimos años. Se están utilizando como una forma de crear mutaciones precisas en el pez cebra, y apenas está comenzando un ensayo clínico en humanos que probará el uso de nucleasas de dedos de zinc para crear alteraciones genéticas en las células T de pacientes con VIH, con la esperanza de hacer sus células están más capacitadas para combatir las infecciones.