Regular genes de plantas nunca fue tan facil, tan solo necesitas… ¿Un pulverizador?

Por J. M. Mulet, el 26 octubre, 2020. Categoría(s): José Luis Cantero • Regulación de genes • Silenciamiento ✎ 1

Post realizado por José Luis Cantero, alumno del máster de biotecnología molecular y celular de plantas.

 

Gracias a la biotecnología se han desvelado infinidad de mecanismo relacionados  con la regulación génica de plantas; entre ellos podríamos destacar, la modificación genética de organismos (GMOs), tratamientos exógenos con fitohormonas (sustancias encargadas de regular todo el metabolismo de la planta, tal y como lo hacen nuestras hormonas), tratamiento con inhibidores de estas fitohormonas… entre otros. Muchos de estos procesos ya se realizan a día de hoy, como es el tratamiento  de frutos inmaduros con etileno para acelerar este proceso, y por supuesto los archiconocidos GMOs que tan prohibidos están en la Unión Europea. Pues de entre estos mecanismos de regulación hay uno en concreto que llamó la atención a los investigadores del CSIC, Alberto Carbonell y José Antonio Daròs, que no solo es altamente efectivo, específico y está presente en todos los organismos, sino que además no se generan plantas transgénicas en el proceso y podría aplicarse desde un spray, hablamos del silenciamiento genico.

Imagen 1 Efectos del etileno en tomates inmaduros

El silenciamiento génico no es más que un proceso que ocure constantemente en las células de multitud de organismo y consiste en la regulación de la activación de genes del organismo por moleculas de ARN interferente. Estás moleculas de ARN son elementos muy similares a nuestro ADN (El elemento principal que forma los genes), con ligeras diferencias que le permiten interaccionar con maquinaria celular y regular la activación y desactivación de los genes del organismo, vendrían a ser como un interruptor de genes, pero no un interruptor simple, sino que este mecanismo permite la regular la intensidad con la que estos genes se ven activados, justo como una lampa LED regulada por un control remoto y que tan de moda están. ¿Recuerdas el caso del etileno? Pues con el silenciamiento génico se podría controlar cuanto etileno quieres que el fruto vaya produciendo para que la maduración ocurra en una fecha especifica.

El silenciamiento ocurre mediante un proceso de complementariedad, como ya mencioné estas moléculas de ARN interferente son similares a nuestras moleculas de ADN, pues es esa similaridad la que permite complementarse con moleculas intermediarias. Estas moleculas intermediarias son las que permiten que la información contenida en el ADN se traduzca en una proteína que realizara la función designada de su gen correspondiene, en el caso del etileno, este se produce por multitud de proteínas encargadas de sintetizarlo y estas a su vez están relacionadas con un gen (secuencia de ADN). Pues estos ARN interferentes funcionan como una tijera, triturando estas moleculas intermediarias y evitando que se puedan producir estas proteínas en la célula.

Imagen 2: Proceso de silenciamiento simplificado. En morado tendríamos el intermediario que mencionava que se ve procesado. (wikipedia)

Aunque parezca simple este proceso presenta muchas limitaciones, entre las que se encuentran la especificidad de estos ARN (imagina que este ARN interacciona con otros intermediarios necesarios para que la planta crezca),  la producción de los mismos, la manera de hacer que entren en la células… etc, sin embargo, estos Investigadores han dado con la manera de solventar algunas de estas limitaciones.

El problema de la especificidad queda solucionado con “pequeños ARN artificiales” (del inglés  Artificial small  RNA o At-sRNA, tales como artificial microRNAs (amiRNAs) y synthetic trans-acting small interfering RNAs (syn-tasiRNAs)),  basicamente moleculas de ARN de pequeño tamaño, diseñadas artificialmente para que su composición sea altamente específica y no haya cavida a afectar a otros procesos u otros organismos. Estos pueden ser creados desde la comodidad de tu casa gracias  esta aplicación web: http://p-sams.carringtonlab.org/ diseñada en parte por Alberto Carbonell junto a otros investigadores.

Fue José Antonio Daròs, junto a su equipo de investigación, quienes dieron con un método de produción eficiente de estas moléculas de ARN utilizando como biofactoria la bacteria Escherichia coli, uno de los organismos más utilizados en le biotecnología. Su metodo consiste en aprovecharse de la elevada tasa metabólica de la bacteria, junto a la alta capcidad de replicarse de un viroide, modificado con la secuencia de ARN que nos interesa, para así producir grandes cantidades de ARN dentro de la bacteria y posteriormente extraerlo. Este método no solo nos permite producir nuestro ARN en gran cantidad si no que además el viroide permite que este ARN entre en la célula de la planta y se produzca el silenciamiento.

Vale, repasamos, tenemos la molécula, tenemos la manera de producirla y tenemos una forma de que está molecula entre dentro de las células pero… y ¿Cómo podemos hacer que un pulverizador sirva para que esta molécula entre dentro de la planta? La respuesta es Nanopartículas, estos materiales son unos claros candidatos para funcionar como vehículo de estas moleculas hacia el interior de la planta.

Nuestros investigadores lo que proponen es cubrir la superficie de estas nanoparticulas con las moléculas de ARN y que estas entren al tejido de la planta a través de microheridas  generadas por las propias nanoparticulas entrando en contacto con la célula. Solo se tendría que generar un spray que contenga estas nanoparticulas y caso resuelto.

Imagen 3: Este tipo de herramientas serían ideales para aplicar estos productos a gran escala

Muchos estudios se están realizando en este campo, ya sea como terapia genica contra el cáncer o utilización de está metodología para el desarrollo de fitosanitarios, al fin y al cabo si silencias un gen fundamental de un insecto o de un hongo que ataca tu planta solo necesitas rociar esta planta con el ARN específico y el problema se elimina al momento. Es por esto que esta tecnología es tan interesante ya que no supone ninguna contaminación para el medioambiente, ya que estas nanoparticulas se pueden diseñar para que sean biodegradables, y no se tratan de transgénicos ya que no está ocurriendo ningúna modificación de la secuencia original del organismo.



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