Luces…CRISPR… ¡Activación!

Post realizado por Diego Borja.

El diseñar plantas no es una peli de ciencia ficción, sólo ciencia.

Os voy a hablar sobre una película basada en hechos reales, digna de un Goya, que se rodó en un laboratorio de Valencia y que está protagonizada por una planta y un cerrajero molecular. Vamos, con estos personajes se preveía taquillazo… (nótese la ironía). Esta idea tan “brillante” se le ocurrió a un guionista tras preguntarse si era posible diseñar plantas de la misma forma que él creaba personajes sobre el papel.  Es decir, si se podría reprogramar las plantas para que a lo largo de su vida actuaran (crezcan, florezcan, se defiendan, etc.) y fueran (coloridas, enanas, aromáticas, etc.) tal y como el guionista decidiera. Y para su sorpresa, unos científicos estaban trabajando en ello y le ayudaron a escribir la obra.

 

 

 

 

 

Para poder controlar las acciones de una planta cual títere, se debe jugar con sus genes, porque al fin y al cabo son el manual de instrucciones del que dispone para ejecutar una función determinada. Por ejemplo, simplemente activando el gen FT podríamos conseguir que nuestra planta floreciera. Pero claro, esa preciada información génica como cualquier tesoro debe estar guardada bajo llave, y no estar accesible ni en todo momento ni en cualquier parte de la planta, sino sólo cuando y donde se precise. ¿Y quién regula eso? Pues una secuencia (también de ADN) que precede a cada gen, denominada promotor. Un promotor es como una puerta que permite o no el acceso a estas instrucciones. Y por lo tanto cada gen tiene una llave específica (factor de transcripción) que activa su promotor, es decir, que abre la puerta para poder utilizar esa información.

Lo que pasa es que a menudo desconocemos cual es esa llave, y a veces el encontrarla puede ser trabajo de una vida. Para sobrepasar esa limitación el guionista decide introducir un científico en la historia, un cerrajero molecular, que fue capaz de fabricar una llave maestra, que por poder podía abrir cualquier puerta (activar cualquier gen) pero que sólo activaba aquel o aquellos que el cerrajero deseaba. ¿Cómo consiguió generar esa llave maestra? Pues introdujo en la planta el sistema CRISPR/dCas9, que se basa en dos macromoléculas de naturaleza diferente. Por un lado, está una molécula que ha perdido su función nativa (dCas9) y adquiere la capacidad de activar genes tras fusionarle un activador, y por otro, una molécula guía que actúa de carabina y que dirige el activador sólo al promotor del gen de interés.

Pero esta llave maestra tenía un defecto importante, aunque podía abrir puertas luego no había nadie para cerrarlas, entonces una vez utilizada, el gen se mantenía activo para siempre, no había control. Se tenía que perfeccionar la llave para poder controlar qué genes (y finalmente funciones) se activaban en las distintas partes de la planta en cada momento. Una forma de conseguirlo era acoplarla a un sistema inducible, de tal manera que la llave sólo se encontrara en la planta cuando alguien aplicara por ejemplo un pulso de luz, o una solución de cobre por espray. Es decir, se construyó un mando a distancia molecular para encender o apagar el gen deseado cuando y donde se quisiera. Y con este fantástico mando se podía cambiar de programa, por ejemplo, de un programa de crecimiento a un programa de defensa frente a herbívoros, o a un programa de floración, dependiendo de los genes que se activen.

Por petición de la audiencia se está preparando la secuela. Y aunque todavía no se ha rodado, se ha revelado que activando los genes adecuados el cerrajero y la planta lucharán contra las adversidades (plasmando el potencial de la llave). Por ejemplo, activando genes que se suelen expresar en semillas (la estructura más resistente de la planta) conseguirá hacer plantas que toleren la sequía. También, el cerrajero conseguirá salvar a la humanidad de una enfermedad que le acecha, activando los genes de biosíntesis de compuestos naturales propios de la planta para producir el medicamento efectivo en abundancia. Asimismo, se rumorea que se obtendrán frutos y granos más nutritivos para combatir la malnutrición, y que se transferirá esta tecnología a los agricultores para que puedan escoger en qué época del año quieran que el cultivo florezca y se recolecte la cosecha. Y no se me permite contar más, que os hago un spoiler, pero vamos la segunda parte promete, no os la perdáis. FIN.

 



71 Comentarios

  1. Me parece una maravillosa trama de activación frustración y pilas de luciferasa. Tú crees que próximamente habrá otros tipos de mandos a distancia en nuestras pantallas? Será tan efectivo como seguir aparentando el botón con el palo? Seguiremos atentos a tus progresos

    1. Mil gracias cerrajerías 2.10, por cierto, magnífico nickname. Por supuesto, creo que lo que necesitaremos serán mandos a distancia con más botones, es decir disponer de distintos sistemas de inducción. ¿De hecho, quién se contenta con unos pocos canales de televisión pudiendo tener una mayor variedad de programas entre los cuales poder elegir? Y respecto a lo del palo, efectivo es, pero no eficiente, y menos si quieres cambiar por ejemplo del canal uno al décimo, vamos, te dejas la mano en el intento…
      En cualquier caso, yo creo que el futuro apunta más a hacia las smartTVs, televisiones inteligentes que sepan y te pongan el canal que quieres sin necesidad de mando. Por ejemplo, si utilizáramos promotores que se activan en estadios muy tempranos de un determinado estrés (sequía, salinidad, frio, calor…), cuando la misma planta empiece a percibir o sentir el estrés se podrían activar los genes necesarios para reforzar o potenciar la respuesta al mismo, y ayudar así a que la planta sea capaz de tolerarlo. Con esto quizás se podría reducir el porcentaje de perdidas en una agricultura del futuro…

  2. Hola Miguel.
    Te sigo en fb y allá donde te encuentre en diferentes medios.
    Soy profesora de secundaria y alguna vez les he pasado, articulos o videos sobre tu trabajo con los tomates y otras cosas relacionadas con los vegetales.
    Estoy leyendo estos días los trabajos de tus alumnos y algunos de ellos me gustaría poderlos usar con mis alumnos de 4t y 1o de Bach.
    Asi que quiero preguntarte si puedo hacerlo.
    Un saludo
    Y espero que sigas divulgando y haciendonos mas accesibles y asequibles los nuevos descubrimientos y técnicas de la biología molecular moderna.
    Un saludo y muchas gracias.
    Noemí

    1. Muchas gracias Rosana. Sí, por supuesto, podría contribuir a combatir el cambio climático que nos acecha, pero previo a ello se necesita mucha investigación. Aunque la herramienta o la llave está generada, debemos conocer qué genes tenemos que activar para que el cultivo en cuestión pueda tolerar mejor el cambio climático, y ahí reside la dificultad del asunto, falta mucho conocimiento.

  3. Me ha gustado el ejemplo «casual» de «un pulso de luz, o una solución de cobre por espray». Porque, por qué no verdad? Son cosas que un buen cerrajero siempre tienen a mano.

    Sugerencia: dibujar un stick figure como narrador/prota. A CGPGrey y WaitButWhy les va muy bien 😉

    1. Cierto-cierto, de casual no tiene nada. Pero, he de decir que un cerrajero molecular siempre tiene cobre en el laboratorio. Y sino la gente del invernadero siempre está dispuesta ayudar y a prestarte un poco…Existen otros sistemas de inducción muy-muy efectivos basados en la aplicación de antibióticos y hormonas esteroideas. Pero, eso es factible para estudios de laboratorio, no para una práctica agraria, imagínate las consecuencias… Y menos ahora con todos los problemas que existen con el constante desarrollo de resistencias a antibióticos. Además, creo que por el tamaño de estos compuestos sería difícil que la planta los absorba por las hojas, luego olvidémonos de una aplicación sencilla por pulverización. Y si se pensara en suministrarlo por el riego, tendríamos que aumentar la cantidad del compuesto en cuestión (tampoco es una opción que interese). Sin embargo, el sistema del cobre y la luz son compatibles con el uso en campo, y por eso mi trabajo de fin de máster se centra en ellos.

    1. La verdad es que desconozco que plásmido es el mejor en lo que a la tasa de integración se refiere. Sólo sé que los que utilizamos nosotros son magníficos, e.g. pDGB3_alpha1, pDGB3_alpha2, pDGB3_omega1 y pDGB3_omega2 (basados en pCambia). Son los plásmidos de destino propios del método de ensamblaje GoldenBraid; un método barato, rápido y sencillo para generar construcciones multi/génicas diseñado hace unos cuantos años en el seno de nuestro grupo. En estos plásmidos la construcción final queda flanqueada por los right y left borders del T-DNA, que limitan el fragmento de DNA que se transferirá a la planta, y en la cepa de Agrobacterium tumefaciens que utilizamos (GV3101) se encuentra un plásmido helper con los genes vir que se encargarán de la transferencia e integración de este fragmento en la célula vegetal.

  4. El futuro ya está aquí!!! Ojalá que haya interés suficiente (inversión, ayudas a la investigación) para hacerlo realidad. Gran trabajo!

  5. Qué buen artículo! Interesante y muy educativo. Las imágenes me han ayudado mucho a entender este tema tan complicado. Ojalá todos los artículos divulgativos fuesen así……!

  6. Transmitir una idea compleja de forma tan sencilla es un arte y tú sabes como hacerlo. Creo que no soy la primera en decirte que tratar los factores de transcripción como llaves moleculares es una idea estupenda y sencilla de entender así que enhorabuena. Además, estas haciendo un proyecto realmente innovador!
    Para tus lectores amantes de crispr, ¿vas a inducir la producción de proteína exclusivamente o también del resto de componentes (gRNAs)?

    Pd: espero que ganes el Goya al mejor actor revelación 🙂

    1. Apa Alicia, el leer comentarios tan positivos como el tuyo es super gratificante, a uno le alegra el día, muchas gracias 🙂 🙂
      Respecto a tu pregunta, a día de hoy sólo hemos regulado la producción de la parte proteica del sistema, y la verdad es que funciona muy bien, la expresión basal del mismo es mínima; está prácticamente apagado cuando nadie presiona el botón del mando. Pero como bien dices nuestro siguiente paso es regular el guía (ojalá me de tiempo de septiembre a enero) porque sería lo más inteligente, ya que haría el sistema más versátil. Es decir, si en una planta que expresa el activador pudiéramos regular distintos guías de manera diferente, podríamos activar un conjunto de genes diana u otro dependiendo del agente inductor que se decida aplicar sobre esa misma planta (tendríamos un mando a distancia con más botones, y por tanto, más programas entre los cuales poder escoger). O incluso si interesara podríamos activarlos todos al aplicar los distintos inductores simultáneamente.

  7. Transmitir una idea compleja de forma tan sencilla es un arte y tú sabes como hacerlo. Creo que no soy la primera en decirte que tratar los factores de transcripción como llaves moleculares es una idea estupenda y sencilla de entender así que enhorabuena. Además, estas haciendo un proyecto realmente innovador!
    Para tus lectores amantes de crispr, ¿vas a inducir la producción de proteína exclusivamente o también del resto de componentes (gRNAs)?
    Pd: espero que ganes el Goya al mejor actor revelación 🙂

  8. Muy interesante e instructivo, aunque creo que al divulgar ciencia hemos de ir con cuidado con las metáforas y palabras. Quizás, además de la metáfora me hubiera gustado algo más técnico. Por otra parte usar la palabra jugar con los genes, quizás no es la más apropiada. Te entiendo y me parece fascinante y estoy deseando conocer la secuela, lo único que quiero que reflexionemos sobre las metáforas, comparaciones y algunos términos que el lenguaje común pueda hacer que los.legos en la materia interpreten lo que no es. Gran trabajo!!! Estoy convencido de que este tipo de investigaciones son fundamentales en nuestro mundo actual y que no son valoradas adecuadamente, fundamentalmente por desconocimiento y desinformación interesada. Ánimo!!!

    1. Gracias José María. Todavía soy un principiante y tengo muchísimo que aprender así que agradezco todo comentario constructivo. Estoy completamente de acuerdo, con ciertas metáforas debo andar con cautela, las meditaré más la próxima vez. Y en efecto, la palabra “jugar” en lo que a los genes se refiere no está bien escogida, ya que no se trata de ningún juego, sino de una activación inteligente (con conocimiento) y consecuente (medioambiental y ecológicamente hablando) de la variabilidad genética de un organismo.

  9. Me ha parecido un artículo brillante, no sólo por el fondo que me parece muy interesante sino por la forma que le has dado.
    Tiene un gran poder divulgativo con independencia del público al que vaya dirigido.
    Siempre he dicho que si realmente sabes de algo has de ser capaz de hacérselo entender a tus abuelos. Creo que lo has logrado. Mi abuela ya me ha pedido la segunda parte….. Espero que llegue pronto.

    1. ¡Cuánto me alegro! Muchas gracias Manu por tu comentario, es muy motivador, me hace sentir muy feliz y satisfecho con mi trabajo. Es enorgullecedor saber que en algunos casos he cumplido con el objetivo, gracias 🙂

  10. Me ha encantado la metáfora que has utilizado, clara, sencilla y muy versátil. Ideal para un artículo de divulgación que permita hacer entender a la gente la aplicación práctica de la buena investigación.

  11. Un relato fácil, entendible que sirve para divulgar ( entendible) y da aires frescos a la explicación de hechos muchas veces difíciles de entender algunos avances científicos, muchas gracias

  12. Una muy buena manera de explicar un tema tan complejo como este, fácil de comprender incluso para aquellos que no estamos muy puestos en esta materia😉.
    Sin duda alguna lo que antes era ciencia ficción está convirtiéndose en una realidad. Tengo mucha curiosidad por saber hasta donde llegan los descubrimientos en este campo y muchas ganas de leer la secuela.

    1. Mil gracias María, leer comentarios como éste hace que lo que comenzó siendo un trabajo para una asignatura se convierta en algo especial 🙂

  13. ¡Hola Borja!

    Me parece muy interesante el trabajo que has hecho en abrirnos las puertas a este tema en un modo tan atractivo. Me encantaría saber en qué tipo de plantas se están llevando a cabo este tipo de experimentos y, sobre todo, cómo se puede medir la activación génica.

    Espero tu respuesta. Un saludo 🙂

    1. Hola Andrea 😊
      Nosotros trabajamos con Nicotiana benthamiana (un tabaco enano australiano), y la razón de ello es que es una especie modelo. Estas plantas reúnen un conjunto de características que las hacen idóneas para la experimentación. Entre ellas, destaca la expresión transitoria por agroinfiltración, que nos permite testar o evaluar estas construcciones activadoras de forma muy sencilla y rápida. ¡En 5 días tenemos resultados! Basta con introducir la información genética en una bacteria (Agrobacterium tumefaciens), y con una jeringa (sin aguja) por presión meterla por las hojas, y listo, la bacteria se encargará de transferir esos genes a las células vegetales.
      Una vez introducido el activador, para ver si funciona seguimos dos aproximaciones distintas. Por un lado, tenemos plantas reporteras (plantas chivatas) que tienen un gen de luciferasa de luciérnaga bajo un promotor conocido. Si el activador funciona, y dependiendo de lo efectivo que sea, se producirá más o menos luciferasa (una enzima) que emitirá más o menos luz. Y como esa luz es cuantificable, podemos comparar distintos activadores y quedarnos con el mejor. Por otro lado, para medir la activación de genes propios/endógenos de la planta usamos RT-Q-PCR. Esta técnica nos dice relativamente cuanto se transcribe un gen, es decir, no miramos la proteína que codifica el gen sino el RNA mensajero (el primer intermediario). Se basa en una reacción enzimática que convierte los RNA mensajeros en cDNA y en una amplificación específica del cDNA del gen in vitro por PCR.
      Un saludo 😊

    1. Muchas gracias Zappa 🙂
      El que una proteína pierda alguna de sus funciones puede lograrse provocando mutaciones, por ejemplo, mediante la aplicación de rayos X/γ o compuestos químicos como el etilmetanosulfonato. Si mutamos un gen, es decir, si realizamos algún cambio en las instrucciones necesarias para sintetizar una proteína concreta, por ejemplo, introduciendo o quitando alguna letra de una palabra de esas instrucciones, puede que esa palabra o incluso una frase entera pierda su sentido o adquiera otro. Y es posible que tras el cambio la célula más o menos entienda la información; sea capaz de construir la proteína en cuestión, pero no perfectamente, y que por lo tanto carezca de alguna de las funciones que debería tener.

  14. Me gustaría felicitarte por tu magnífico trabajo de divulgación, Borja. Es una película apta para todos los públicos con toques de humor que la hacen muy amena e interesante. ¡¡Gracias por esta obra!!

  15. Buenos días. Antes de nada, enhorabuena por el post. Hablas de un tema muy especializado, que sin embargo resulta compresible e interesante, incluso para aquellas que no tenemos grandes conocimientos sobre esta materia. ¿Cómo va la secuela? ¿Ahora mismo, en qué punto de desarrollo se encuentra esta técnica? Gracias por la labor de divulgación. Un saludo.

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Por J. M. Mulet
Publicado el ⌚ 23 julio, 2019
Categoría(s): ✓ Diego Borja
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