Un sistema para controlar la floración, aumentar el tamaño de los frutos, proteger de varios virus diferentes… y todo a la vez

Artículo realizado por Lucio López, como parte de la evaluación de la asignatura de comunicación científica, perteneciente al máster de biotecnología molecular y celular de plantas.

Introducción básica: Nuestro cuerpo, al igual que el de cualquier otro ser vivo de la Tierra, funciona gracias a secuencias de DNA y RNA.

El DNA (ADN en español), se encarga de salvaguardar la información genética única de cada especie e individuo. Es, por así decirlo, el manual de instrucciones personal de cada uno, lo que explica por qué somos como somos y nos permite realizar las tareas que requerimos para vivir. Así pues, cuando nuestras células quieren construir algo (una proteína, por ejemplo, o una encima, una hormona…), hacen una copia de la región del DNA donde se encuentra la información para construirla.

No obstante, la proteína no puede ensamblarse en el núcleo de la célula, pues éste está reservado para el DNA, de modo que se hace una copia (o varias) de esta secuencia de DNA en “formato RNA” (por así decirlo, un pseudo-DNA que es capaz de salir del núcleo de la célula), las cuales se utilizan para generar las proteínas deseadas.

————————– Fin de la introducción básica ———————–

Todo esto es una simplificación de cómo funciona una célula. En cualquier caso, la cuestión está en que a veces nos puede interesar que esas proteínas no lleguen a producirse (o no al menos a tales niveles). Es ahí donde entra en juego el silenciamiento génico, un sistema que elimina parte de las copias de RNA, provocando que se produzca una menor cantidad de dicha proteína (cuyas instrucciones de ensamblaje contiene esa secuencia de RNA).

El sistema con el que yo trabajo, los tasi-RNAs sintéticos, se basa en el mismo principio que los micro-RNAs (miRNAs): Una secuencia de RNA de 21 bases (a la que llamaremos RNA guía) se unirá a una Argonauta, formando un complejo capaz de degradar RNAs de forma específica.

La Argonauta (AGO) es una proteína capaz de “cortar” el RNA. Sin embargo, queremos que sólo sea degradado (destruido, cortado) un tipo de RNA, concretamente el que ayuda a la célula a producir la proteína cuyos niveles queremos disminuir. Así pues, conociendo la secuencia del RNA que queremos degradar, buscamos en ella 21 bases complementarias seguidas que solamente se encuentren en esa cadena de RNA y en ninguna otra. Es como si tuviésemos miles de cerraduras y buscásemos una llave que sólo encajase con una cerradura, única y exclusivamente. Así, una vez tenemos esa “llave”, la Argonauta que se una a ella solamente eliminará las copias de ese RNA que queremos destruir.

Así es como funcionan los miRNAs, más o menos. Sin embargo, ¿qué ocurre cuando queremos modificar varios parámetros del organismo con el que estamos trabajando? ¿Qué pasa cuando queremos hacer que la planta florezca alrededor de un mes más tarde, genere un fruto más grande y sea resistente a 3 virus distintos que están causando grandes pérdidas en la zona, por ejemplo? ¿Tenemos que crear 5 miRNAs distintos, conseguir introducir cada uno de ellos en la planta y hacer selección de cada una de las cinco transformaciones para asegurarnos de que tenemos todo lo que queríamos? Y aunque lo hiciésemos, ¿qué pasa si queremos hacer su expresión inducible? ¿Vamos a encontrar 5 promotores distintos inducibles por el mismo factor? Porque sino, los promotores van a competir entre sí…

Ahí es donde entran los tasi-RNAs. Esencialmente, un tasi-RNA es una cadena de RNA que puede contener varios miRNAs seguidos uno tras otro (ver imagen más abajo). El mecanismo es muy parecido al de los miRNAs. Sin embargo, el tasi-RNA, una vez secuenciado (creado, generado), es cortado por una proteína específica (la DCL4), que cortará cada 21 bases. Y ahí está la magia: ¡21 bases = RNA guía!*. [*21 bases es lo óptimo. Puede funcionar con alguna base menos, pero cuantas más bases tengamos, más específica es la degradación. Lo malo es que si tenemos más de 21 bases, empieza a haber problemas (el RNA puede ser convertido de nuevo en un RNA de doble cadena y varias cosas más), razón por la que 21 bases es considerado el óptimo.]

Los tasi-RNAs, al igual que los miRNAs, existen de forma natural (endógena) en las plantas. Sin embargo, el sistema de los tasi-RNAs parece resultar más útil para la ingeniería genética que el humano pueda querer llevar a cabo que para la planta en sí. Esto se debe a que un miRNA, por su pequeño tamaño y su algo más breve “mecanismo de gestación”, se produce mucho más rápidamente que un tasi-RNA, y pocas veces la planta va a querer, por sí sola, producir varios miRNAs de golpe. La naturaleza tiende a buscar más la compartimentalización. Sin embargo, para nosotros puede ser una gran solución para acelerar y simplificar procesos de mejora genética donde queramos modificar varias características de la planta.

Mi trabajo, pues, consiste en la mejora de este sistema como herramienta de mejora genética (valga la redundancia), dándole al científico, investigador e ingeniero genético la capacidad de modular la expresión de estos miRNAs (formados a partir de los tasi-RNAs) según necesidad. Lo interesante de mi investigación reside en que esta modulación no se lleva a cabo mediante modificaciones de los promotores o una mayor cantidad de copias de las secuencias de estos tasi-RNAs, sino que estas variaciones se dan dentro del propio tasi-RNA, abriendo una amplia gamma de posibilidades a la hora de realizar ajustes cada vez más finos a nuestros sistemas de control sobre las plantas.

Por poner un ejemplo muy simple, esta capacidad de alterar los niveles de expresión de los miRNAs podría permitirnos generar, entre otras cosas, gradaciones. En una plantación extensa, pongamos como ejemplo el cinturón de trigo de Estados Unidos*, podrían generarse plantas con diferente grado de silenciamiento en factores de floración, lo que nos permitiría recoger tranquilamente la cosecha a lo largo de, quizá, el doble, el triple o incluso el cuádruple de tiempo, aprovechando así mejor la maquinaria, la mano de obra y los recursos en general. [* El cinturón de trigo de Estados Unidos es una franja de Norte a Sur de este país, en la cual se siembra mucho trigo. Los agricultores, en lugar de comprar cada uno su propia maquinaria, han llegado a un acuerdo por el cual comparten la maquinaria (como los tractores y en ocasiones también avionetas) a lo largo de esta franja, lo que conlleva unos gastos mucho menores. El problema reside en que el trigo tiene un tiempo determinado para ser recogido, pero si se alargase este tiempo, podría aprovecharse todavía más cada uno de estos tractores (por poner un ejemplo)].

Aunque no puedo dar más detalles (de lo contrario perderíamos la oportunidad de publicar nuestra investigación o patentar nuestros sistemas), esperamos haber acabado la recabación de datos en Agosto, a excepción del último experimento que posiblemente se alargará hasta Septiembre u Octubre. De ahí a la publicación no debería llevar más de lo normal. Si desean que les informemos cuando publiquemos nuestros datos o desean ponerse en contacto conmigo por cualquier otro motivo, pueden hacerlo a través del correo electrónico “lulodol@etsii.upv.es”.

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