INGENIERIA GENÉTICA APLICADA A LA BIOTECNOLOGÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
UNAD
UNIDAD DOS: INGENIERIA GENÉTICA APLICADA A LA BIOTECNOLOGÍA
ALIMENTARIA
El principal objetivo de la ingeniería genética en el campo de la Biotecnología es
alterar la composición genética de los seres vivos de importancia industrial, con el fin
de incrementar la eficiencia global del proceso para el que se emplea dicho ser vivo.
Aunque el objetivo principal es incrementar el rendimiento de un producto específico,
es interesante tener en cuenta otros parámetros, particularmente los que se refieren a las
mejoras en las características de crecimiento y la eliminación de subproductos
perjudiciales. (Wiseman, A, 1986)
El desarrollo de organismo súper productores, se considera el principal objetivo
de este campo de la biotecnología, aunque se podrían añadir otros dos: en primer lugar,
la obtención de nuevas especies que produzcan productos nuevos o modificados y en
segundo lugar, el conocimiento de las rutas biosintéticas que conducen a la producción
de metabolitos de interés comercial, así como mecanismos de control que regulan estas
rutas.(Wiseman, A. 1986)
Desde 1953, cuando Watson y Crik, dislumbraron la estructura molecular del
ADN, los avances en Ingeniería genética han estado al alcance de la imaginación. Todo
este conocimiento daría origen a la nueva Biotecnología, la cual abrió el camino en
diversas investigaciones que llevarían a revolucionar el concepto de alimentación en el
mundo.
Entre las tecnologías más utilizadas en ingeniería genética se encuentran :
1. Técnica del ADN recombinante:
2. Reacción en cadena de la polimeraza
3 Mutagenesis
4. Clonación, entre otras
Los alimentos modificados genéticamente o transgénicos son alimentos a los
que se les han modificado sus rasgos genéticos hereditarios, añadiéndoles otros
materiales genéticos. Este material genético les imparte características deseables, tales
como menos reblandecimiento, mejor color o sabor, o cambios de los mismos, mayor
resistencia a las enfermedades de la planta, u otras características. Algunos ejemplos de
alimentos modificados genéticamente los tomates Flavrsavr, el cual se modificó al
insertarle a la inversa su propio código genético, para lograr la manufactura de una
enzima que alterara el tiempo de maduración y de esa manera disminuir el proceso de
ablandamiento a fin de permitirle a los tomates que se maduren en la misma planta sin
que se vuelvan demasiado blandos para su distribución mercantil.
Toda esta tecnología apuntó hacia el desarrollo de lo que hoy se conoce como
Biotecnología alimentaria según la cual, manifiestan los expertos ofrece procesos más
seguros para aumentar la producción de las cosechas, alimentos potencialmente más
nutritivos y de mejor sabor. También se pueden apreciar los beneficios en el medio
ambiente, ya que los cultivos que están biotecnológicamente protegidos contra los
insectos reducen la necesidad de usar pesticidas.
A este tipo de alimentos, que han sido modificados en su estructura genética, se
les conoce como Alimentos Genéticamente Modificados ó AGM Entre estos están por
ejemplo, las versiones mejoradas de cultivos tradicionales como la soja, el maíz, la
canola, la papaya y la calabaza italiana que cuentan con características beneficiosas
adicionales. Además, una enzima que se utiliza en la fabricación de queso y levadura se
produce por medios biotecnológicos.
Un claro ejemplo del desarrollo del proceso en la industria alimentaria es el
proceso que se utiliza para fabricar el queso. Antes de la era biotecnológica, la mayor
parte del cuajo (enzima renina) que se usaba para fabricar queso, se extraía de los
estómagos de las terneras. La biotecnología permitió a los investigadores aislar el gen
específico que produce la renina y reproducirla en bacterias. De esta forma, gracias a
que la renina se produce a través de un proceso de fermentación, se elimina la necesidad
de extraerla de los estómagos de las terneras. En la actualidad, casi 50% de la renina que
requiere la producción quesera se obtiene a través de este proceso de fermentación.
También la levadura que se utiliza en la fabricación del pan ha sido mejorada
biotecnológicamente, se logró obtener una levadura que puede acelerar el proceso de
fermentación de los panes y masas. Investigadores del Reino Unido desarrollaron esta
levadura simplemente reordenando y duplicando ciertos genes de la propia levadura.
Los antiguos panaderos hubieran podido lograr la misma hazaña, pero hubieran
demorado muchos años más.
Por otra parte, la biotecnología agrícola podría ofrecer métodos de reproducción
más seguros puesto que incorpora a las técnicas de reproducción tradicional la
posibilidad de mudar genes determinados, en lugar de tener que mudar miles. Además
facilita la identificación de los genes y proteínas que son toxinas. En lugar de demorar
entre 10 y 12 años para reproducir las plantas por los métodos tradicionales,
combinando miles de genes para mejorar un cultivo, los modernos productores pueden
seleccionar una característica genética específica de cualquier planta y mudarla al
código genético de otra planta gracias a la biotecnología.
Sin embargo, existe aún un gran debate en torno a la necesidad o no de incorporar en la
alimentación este tipo de tecnología, como una solución a los problemas alimentario en
el mundo.
La mejora genéticas de las plantas han sido una tarea lenta y difícil, pero la
tecnología del DNA recombinante promete cambios revolucionarios. Hoy en día es
posible utilizar técnica genética in vitro para modificar un DNA vegetal y, a
continuación, transformar las células vegetales con DNA libre mediante:
Electroporación
Por el método del disparador de partículas
Utilizando vectores procedentes de la bacteria Agrobacterium tumefaciens, que
puede transferir DNA directamente a ciertas plantas.
Es posible utilizar técnicas de cultivo de tejidos vegetales para seleccionar
clones de células vegetales que hayan sido genéticamente alteradas utilizando
técnicas in vitro y, a continuación, mediante tratamientos adecuados, inducir estos
cultivos celulares a que produzcan plantas complejas que puedan propagarse de forma
vegetativa o por semillas.
Las plantas que resultan de estas manipulaciones genéticas in vitro suelen recibir
el nombre de organismo genéticamente modificados (GMO, Genetically Modified
Organisms) o plantas GM. Curiosamente, los organismos cuyas modificaciones se han
realizado mediante métodos más tradicionales in vivo no suelen diseñarse de esta forma,
y la mayor parte de los organismos que se utiliza en la industria, la agricultura y la
medicina se han manipulado genéticamente. La diferencia escriba en que los que se han
aislado después de utilizar técnicas in vitro contienen con frecuencia genes de otros
organismos, es decir, son organismos transgénicos. Aunque las técnicas para generar
plantas transgénicas se utilizan para generar microorganismos que expresan genes
foráneos, el uso del término ¨organismos transgénicos¨ se limita a los organismos
multicelulares.
Vectores para clonar en planta
La bacteria fitopatógena Gram negativa Agrobacterium tumefaciens contienen
un gran plásmido, plásmido Ti, que es responsable de su virulencia. El plásmido
contiene genes que movilizan el DNA para transferirlo a la planta. El segmento de
DNA del plásmido Ti que se transfiere a la planta recibe el nombre de T-DNA.
Las secuencias de los extremos del T-DNA son esenciales para la transferencia y
el DNA que se va a transferir debe estar entre estos extremos. Se ha construido un tipo
de vector que se utiliza para transferir genes a plantas y se denomine vector binario.La
palabra binario implica el uso de dos plásmidos uno es el vector real en el que se planta
el DNA foráneo.
Este vector contiene dos extremos del T-DNA a cada lado del sitio que utiliza
para la clonación, así como marcador de resistencia a los antibióticos que puede
utilizarse en plantas. También contiene un origen de replicación que puede replicarse
tanto en Agrobacterium tumefeciens como en Echerichia coli, así como otro marcador
de resistencia a los antibióticos que se expresa en la bacteria. El DNA que debe clonarse
se inserta en el vector, que a continuación se transforma en Echerichia coli. Acto
seguido se transfiere a Agrobacterium tumefaciens.
Este vector de clonación no contiene los genes necesarios para transferir el TDNA a una planta, por lo que el Agrobacterium tumefaciens en el que se trasfiera debe
contener el otro miembro del sistema de vector binario. Este otro plásmido contiene la
región de virulencia (vir) de un plásmido Ti, pero está ¨desarmado¨.
Aunque puede dirigir la transferencia de DNA en una planta, ya no tiene genes
que provoquen una enfermedad. Este plásmido desarmado, D.Ti, proporcionará todos
los genes necesarios para transferir el T-DNA desde el vector de clonación. El DNA
clonado y el marcador de resistencia a la kanamicina del vector pueden movilizarse
mediante el plásmido D-Ti y transferirse a una célula vegetal. Tras la recombinación
con un cromosoma del hospedador, el DNA foráneo puede expresarse y conferir así
nuevas propiedades a la planta. Muchos genes no se expresan de manera eficaz en las
plantas, a menos que se clonen en un vector de expresión que contengan un promotor
vegetal. Entre los promotores que se han utilizado para la construcción de vectores de
expresión vegetal se incluyen los que se encuentran normalmente en el T-DNA y un
promotor del virus del mosaico es la coliflor, un virus de plantas con DNA.
El uso de Agrobacterium tumefaciens ha permitido la creación de varias plantas
transgénicas. Bien en verdad que se han obtenido más éxitos con plantas herbáceas
(dicotiledoneas) tales como el tomate, la papata, el tabaco, la soja, la alfalfa y el
algodón, pero Agrobacterium tumefaciens también se ha utilizado para producir
dicotiledoneas leñosas como pueden ser el nogal o el manzano. Los cultivos de plantas
transgénicas de la familia de las gramíneas (monocotiledoneas) han sido más difíciles de
generar utilizando Agrobacterium tumefaciens, pero parece que puede conseguirse
buenos resultados con otros métodos de introducción del DNA, como es el disparador
de partículas.
Para el 1994, la FDA autorizó la comercialización del primer alimento con un
gen no conocido, el tomate “Flavr-Savr”, obtenido por la empresa Calgene (hoy
propiedad de Monsanto). Se utilizó tecnología antisentido dirigida contra el gen de
la poligalacturonasa, responsable de la maduración, con el objetivo de retardar la
maduración y simular un sabor más fresco durante la vida del tomate enlos estantes de
los supermercados. Desde entonces, a estos alimentos se les denomina como alimentos
transgénicos. Además de Calgene, un sinnúmero de empresas en la industria ha
desarrollado productos obtenidos de organismos transgénicos
El etileno (C2H4) controla la maduración del fruto. La expresión de un ARN
antisentido del enzima regulador de la síntesis de etileno, la 1-aminociclopropano- 1carboxilato sintetasa, inhibe la maduración del fruto en plantas de tomate. La
administración de etileno o propileno exógenos elimina el efecto inhibitorio.
Genes que codifican otros enzimas implicados en el proceso de maduración del
fruto, como lapoligalacturonasa, que participa en la degradación de componentes de la
pared celular, han sido manipulados e introducidos en plantas de tomate con el fin de
estudiar sus efectos sobre la textura del fruto.
Estos abordajes permiten obtener variedades transgénicas donde el proceso de
maduración sea uniforme y fácilmente controlable, paliando las pérdidas debidas a la
sobre-maduración producida durante el transporte o las deficiencias en la refrigeración
de frutas y verduras.
El potencial de la tecnología antisentido en la asignación de funciones a las
secuencias génicas es enorme. La generación de plantas en las que la producción de
etileno este inhibida, ofrece la oportunidad de evaluar el papel del gas en la regulación
de muchos procesos del desarrollo vegetal, tales como la senescencia de la hoja,
abscisión, maduración y respuesta a patógenos; y abre la posibilidad de realizar
manipulación genética para mejorar la calidad, el tiempo de almacenamiento y el valor
nutricional de muchas plantas y productos de interés alimentario.