PRESENTACIÓN DEL LIBRO Transgénicos. Grandes beneficios, ausencia de daños y mitos

Transcripción

1 PRESENTACIÓN DEL LIBRO Transgénicos. Grandes beneficios, ausencia de daños y mitos PRESENTADO POR FRANCISCO BOLÍVAR Capítulo IX La transgénesis, un proceso natural que ocurre en la biota. Los organismos transgénicos se crean por transferencia horizontal de ADN usando como modelo la transgénesis. Auditorio «Francisco G. Bolívar Zapata» Instituto de Biotecnología, UNAM Cuernavaca, Morelos, lunes 13 de noviembre de 2017

2 Capítulo IX. La transgénesis: un proceso natural que ocurre en la biota Creación de organismos transgénicos mediante procesos de transferencia horizontal de ADN y posterior reorganización del genoma similares a los naturales Inocuidad y bajo riesgo de los transgénicos 2

3 Introducción Una amplia gama de evidencia científica presentada previamente, soporta la inocuidad de los transgénicos que son utilizados hoy en día para atender diferentes necesidades y en particular la producción de alimento sano libre de insecticidas químicos, los cuales sí son dañinos, demuestra la ausencia de daño a la salud humana, a la biodiversidad y al medio ambiente. La evidencia sustenta las razones para considerar los OGM como la alternativa tecnológica más cercana a la naturaleza, de menor riesgo y de menor impacto al medio ambiente. Este capítulo se ocupa de comentar esta evidencia a detalle, toda vez que ha sido comentada anteriormente en los capítulos II y IV. 3

4 La información científica y las consideraciones que se presentan en este capítulo aportan elementos relevantes sobre el bajo riesgo de los OGM, los cuales son creados por procesos de transferencia horizontal de ADN y su posterior reorganización con el genoma de la célula receptora. Como se ha señalado, el ADN de todos los seres vivos (y de aquellos virus que tienen ADN) tiene la misma estructura secundaria general (Watson et al 1996), lo cual permite la recombinación de materiales genéticos de diferentes orígenes en el interior de las células, de manera natural. Lo anterior es posible y congruente con el hecho de que todos los seres vivos tenemos un precursor biológico común conforme a la teoría de la evolución de Darwin y, por lo tanto, llevamos en nuestro genoma y compartimos muchos genes de diferentes orígenes, incluyendo bacterianos. Esta información, soportada científicamente, sustenta la propuesta de que los transgénicos son organismos creados por mecanismos similares a los que han ocurrido y ocurren en la naturaleza, a lo que llamamos transgénesis. 4

5 Los biotecnólogos hemos usado el ejemplo de la transgénesis que ocurre en la biota, para construir los organismos transgénicos, incorporándoles genes que les confieren ventajas para ayudar a contender con problemas y demandas. La transgénesis es un fenómeno natural que ha ocurrido y seguirá ocurriendo en la biodiversidad independientemente de la existencia o no de organismos transgénicos. La transgénesis implica también, en esencia, la transferencia horizontal de ADN de cualquier origen a la célula receptora y la posterior reorganización del ADN con el genoma de la célula que lo recibe. A lo largo del tiempo la transgénesis ha sido responsable de la adquisición de muchas funciones nuevas, en particular en plantas que se detallan en este capítulo. 5

6 Ejemplos de esto son los genes responsables de la fotosíntesis, que originalmente se encontraban en bacterias (Price et al 2012), y la transferencia horizontal mediante la endosimbiosis de los precursores de las actuales mitocondrias y cloroplastos a precursores de los actuales vegetales (Wallin 1927, Margulis y Sagan 2005). El trabajo de Crisp et al 2015, demuestra que todos los animales llevamos genes de virus y bacterias, y que algunos de esos genes se expresan. Por ello la transgénesis, mediante la transferencia horizontal de ADN, ha sido en parte responsable de la evolución de las especies. Se remarca que la razón más importante de este fenómeno es que la estructura general de la molécula de doble hélice de ADN es la misma en todos los seres vivos (ver figura II.2). 6

7 Figura II.2.Estructura del ADN integrado por dos hélices complementarias. Cada una de estas dos hélices o hebras de la molécula de ADN está integrada por los mismos cuatro tipos de nucleótidos (A,G,C,T). Cada nucleótido está formado por una molécula de azúcar, desoxirribosa (en morado), un grupo fosfato (PO4) (en amarillo) y un tipo de molécula llamada base púrica (G [en negro] o A [en verde]) o base pirimídica (C [en azul] o T [en rojo]). Los nucleótidos con timina (en rojo) se aparean por dos uniones débiles de puentes de hidrógeno con los nucleótidos de adenina (en verde) y las nucleótidos con citosina (en azul) se aparean, mediante tres uniones débiles, con los nucleótidos de guanina (en negro). Esta estructura general de doble hélice es la misma en todos los seres vivos y permite su funcionamiento, incluyendo la replicación. La secuencia de los nucleótidos en el ADN es la que tienen los nucleótidos uno inmediatamente después del otro en cada hélice o hebra. Así, en este ejemplo encorchetado, la secuencia de este ADN en la hélice de la izquierda en oscuro (que va 5 a 3 y de arriba hacia abajo), es C, G, A, T y continúa en C, A, T, G, T, C, A. Se dice que las dos hélices son complementarias porque para ambas hélices a cada A le corresponde una T, a cada G una C, a cada T una A y a cada C una G. Por ello, la secuencia de nucleótidos de una hélice es complementaria a la otra. El genoma humano tiene más de tres mil millones de pares de nucleótidos en sus 23 pares de cromosomas. Si se sumaran todas las moléculas de ADN de nuestros cromosomas medirían más de dos metros, mientras que las bacterias tienen alrededor de cuatro millones de pares de nucleótidos en un solo cromosoma. Se ha determinado la secuencia nucleotídica del genoma de cientos de organismos, incluyendo el humano. 7

8 También, ocurre mediado por ciertas bacterias que viven actualmente en la tierra, como la Agrobacterium tumefaciens que infecta naturalmente a vegetales y transfiere horizontalmente parte de su material genético a las plantas que infecta. De hecho el reciente trabajo de Kyndt et al 2015, (figura II.23), reporta que el camote es un vegetal que es naturalmente transgénico ya que en su genoma tiene ADN de A. tumefaciens, el cual se expresa y es responsable de mejoras en el camote. Por miles de años las plantas han recibido material genético de bacterias, virus y otros orígenes mediante la transferencia horizontal de ADN incluyendo la endosimbiosis que se comenta adelante. Figura II.23 El camote es un organismo naturalmente transgénico. 8

9 Figura IX.7 Esquema de infección viral de un retrovirus a una célula eucariote, mediante la cual el ARN viral se copia en ADN que luego se integra en el ADN de algún cromosoma de la célula infectada. (Emini 2002). También ocurre en la actualidad, mediado por ciertos virus como los retrovirus, como se indica en la figura IX.7. Sin embargo, es importante señalar que los actuales organismos vivos hemos desarrollado mecanismos que nos permiten contender con y eliminar los ADN de origen foráneo o heterólogo que pudieran llegar a las células por transferencia horizontal de ADN, como el proveniente de infecciones virales o bacterianas. Debido a ello, la transgénesis es hoy un fenómeno poco frecuente que, no obstante, sigue ocurriendo, particularmente por la infección de ciertos virus (retrovirus) (figura IX.7) que incorporan su material genético en los cromosomas de las células que infectan, como el virus de inmunodeficiencia humana (VIH). 9

10 La endosimbiosis es otro tipo de transferencia horizontal de ADN que ha sido muy importante para la evolución de las especies Existe evidencia contundente que el genoma de los organismos superiores eucariotes, ha evolucionado naturalmente a través de infecciones virales y bacterianas. Probablemente material genético de microorganismos y virales, presentes en los suelos y aguas, hayan sido adquiridos porque confirieron ventajas a las organismos vivos que los recibieron por transferencia horizontal de ADN, transgénesis, y eso modificó el genoma de nuestros antepasados biológicos, reorganizando los genomas. (Wallin 1927, Margulis y Sagan 2005). Es clara la evidencia que sustenta que hubo incorporación de material genético en etapas tempranas de la evolución de los actuales eucariotes (plantas y animales) a través de la infección y/o asociación con organismos tipo bacteriano. Este es el caso de las mitocondrias, organelo responsable de la síntesis de energía biológica (el ATP), y los cloroplastos en plantas responsables de la síntesis de la clorofila y de fotosíntesis. Estos organelos cuentan con un solo cromosoma como material genético que es circular, como el de las actuales bacterias, lo cual soporta que el origen de estos organelos es bacteriano. (figura IX.11). 10

11 Eucromatina (Cromosomas) Retículo Endoplasmico Rugo Membrana Celular Bicapa Lipídica Nucleolo Aparato de Golgi Núcleo Citoplasma Retículo Endoplásmico Liso Mitocondria Peroxixoma Lisosomas Figura IX.11. Esquema de una célula animal y sus componentes, entre los cuales se encuentran las mitocondrias. Estos organelos que eran originalmente bacterias, se incorporaron mediante un proceso llamado endosimbiosis, como parte de las células eucariotes. Las mitocondrias y los cloroplastos tienen un sólo cromosoma circular que contiene genes tipo bacteriano. En las mitocondrias se sintetiza el ATP en las células de organismos superiores y por ello podemos llevar a cabo nuestras funciones. 11

12 Reorganización y plasticidad del genoma. Importante papel de los transposones y retrovirus En el genoma humano, al igual que en todo organismo vivo incluyendo bacterias y plantas, existen los transposones, los cuales son un tipo de ADN repetido -parte de origen bacteriano y viral- que representa al menos el 40% del genoma humano. El genoma del maíz se encuentra repleto de estos elementos móviles, constituyendo más del 80% de su material genético, que como se indicó en el capítulo II, tienen la capacidad de moverse de un lugar del genoma a otro. Existen diferentes tipos de transpones (McClintoch 1987, Federoff 1989). Los transposones activos son altamente mutagénicos puesto que al brincar de un lugar a otro pueden causar mutaciones en genes importantes. Los transposones son responsables de los diferentes colores en las mazorcas del maíz, y pueden generar variedades intraespecie (Morgante et al 2005). Lo anterior sustenta que el genoma del maíz, que tiene miles de genes (y los de otros organismos), tiene gran plasticidad, se reorganiza cotidianamente, como se observa en los granos de colores, sin causar daño a la especie, aunque es posible que algún individuo pudiera eliminarse por efecto de los transposones. 12

13 La presencia de un transgén en un maíz transgénico, no genera cambios inesperados en la planta GM, como se ha señalado en los capítulos IV y VI. Los resultados de la caracterización por ciencias ómicas, indican que las plantas transgénicas son molecular, metabólica y sustancialmente equivalentes a las parentales (Ricroch 2013). Los detractores señalan y esperaban que por la presencia del transgén, hubieran grandes diferencias entre los cultivares transgénicos y las variedades convencionales. La caracterización por este tipo de metodología -muy precisa y fina- ha desmentido sus señalamientos, ya que son muy parecidas. Además, el maíz rearregla su genoma frecuentemente mediado por transposones y por ello la presencia de un nuevo gene, un transgén proveniente de bacterias, se va a incorporar como parte del genoma y estará sujeto a la reorganización del genoma del maíz, sin causar daño a la planta por su gran plasticidad genética y epigenética. Por ello, no tendría que existir preocupación por la presencia de un nuevo gene (transgén) como parte de un genoma de miles de genes que se rearreglan cotidianamente mediado por los transposones. 13

14 Se reitera que los organismos transgénicos se construyen principalmente a través de técnicas de ingeniería genética que implican transferencia horizontal de ADN y reorganización del genoma en la célula receptora a fin de generar organismos vivos con mejores capacidades, siguiendo el ejemplo de la transgénesis que es natural y ocurre en la biota. Los cultivares transgénicos son muy parecidos a los parentales, caracterizados por ciencias ómicas. Por lo anterior, si son tan parecidos, no tendrían por qué causar daño por consumo ni contaminar o dañar a las plantas parentales o nativas (Ricroch 2013). Se conoce que las plantas transgénicas coexisten sin daño, desde hace más de 20 años, con las convencionales y las parentales. Por todo lo anterior, los organismos transgénicos y sus productos son de bajo riesgo y se ha demostrado que no causan daño a la salud (Ricroch et al 2014). En el conjunto de estos dato se sustenta la ausencia de daño. Además las plantas transgénicas resistentes a las plagas de insectos, son un alimento más sano ya que están libres de los dañinos insecticidas químicos pues este tipo de plantas no los requieren para eliminar las plagas de insectos. Los insecticidas químicos dañan la salud y contaminan el medio ambiente y se siguen usando en México con los cultivos tradicionales, no transgénicos, para eliminar las plagas de insectos (Alavanja et al 2014, Blanco et al 2014, Foster et al 2014). Nota. Las referencias bibliográficas de este capítulo, por razones de espacio, no pudieron incluirse completas, pero se localizan en la versión electrónica de libre acceso del libro que se encuentra en la página Web del IBT/ UNAM. 14