Crear plantas por medio de la ingeniería genética es un proceso que lleva tiempo. Los métodos que se utilizan en la actualidad para efectuar estos cambios genéticos son imprecisos, así que a veces es necesario generar miles de plantas para encontrar una que lleve consigo la alteración deseada. Dos estudios publicados en la revista Nature esta semana describen un tipo de tecnología genética que permite a los científicos trabajar con el genoma de las plantas de forma más precisa. El método, que ha sido utilizado previamente en animales y en células humanas, se puede utilizar para introducir un gen nuevo, para realizar pequeños cambios en los genes existentes, o para bloquear la expresión de un gen; también hace que sea posible introducir varios cambios genéticos en la misma planta.

“Ahora tenemos algo de control sobre el código genético de la planta,” afirma Daniel Voytas, autor principal de uno de los estudios y genetista en la Universidad de Minesota. La técnica no sólo permite realizar cambios más precisos, sino que también incrementa enormemente la eficiencia de la creación de plantas mediante ingeniería genética para su uso como alimento o combustible, o para absorber el carbono y limpiar el medio ambiente. “Si somos capaces de colocar un gen en el mismo sitio siempre y de hacerlo con precisión, eso podría cambiar el panorama en cuanto a regulación y reducir el coste de fabricación de estas plantas transgénicas,” señala.

Vipula Shukla, científico en Dow AgroSciences, que dirigió el otro estudio, comenta que para los científicos de plantas “todas las herramientas convencionales que tenemos a nuestra disposición están basadas en métodos que provocan modificaciones aleatorias en el genoma de las plantas.” Estos métodos incluyen el uso de un vector bacterial para transferir el ADN a las células de las plantas, o forzar físicamente la entrada de partículas recubiertas de ADN dentro de las células. El ADN que se introduce de esta forma, señala Shukla, puede aterrizar en cualquier parte dentro del genoma de la planta y provocar efectos secundarios no deseados como la alteración de genes o la producción de múltiples copas del gen en cuestión. Normalmente, los científicos generan muchas plantas y después hacen una selección para encontrar aquellas en las que el cambio deseado se logró con éxito.

Ambos estudios—uno fue dirigido por Dow y el otro por un consorcio académico—utilizaron una técnica que permite localizar genes en concreto y denominada nucleasas de dedos de zinc --proteínas sintéticas que pueden localizar áreas precisas dentro del genoma y que provocan cambios genéticos específicos.

Las nucleasas de dedos de zinc rompen las dos hebras de ADN en un punto específico a lo largo del genoma. Esta doble partición hace que se active el mecanismo de reparación propio de la célula para así reparar la fisura. Este mecanismo a menudo busca un trozo de ADN similar a la región dañada para copiar y pegarlo de nuevo en el genoma. Si se introducen trozos de ADN que contengan secuencias del gen original con los cambios deseados—tales como la adición de un nuevo gen o un cambio en la secuencia—los científicos son capaces de inducir a la célula a que cambie el código genético durante su proceso de reparación. Esta tecnología también puede usarse para bloquear un gen. Para ello, se aprovecha otro tipo de mecanismo de reparación mediante el que la célula simplemente une las dos puntas por donde se produjo la rutura, lo que a menudo hace que se borren o se inserten nuevas secuencias de ADN dentro de la zona que está siendo reparada, dando como resultado un ADN que no puede ser leído correctamente.

El grupo de Dow utilizó este método para introducir dos cambios dentro del maíz, una planta que a menudo se usa para alimentar animales. Los investigadores localizaron un gen involucrado en la producción de fitatos, un tipo de elemento químico del maíz que la mayoría de los animales son incapaces de digerir, y utilizaron este gen como plataforma de aterrizaje para insertar otro gen que le otorga a la planta resistencia a los herbicidas. Al mismo tiempo interrumpieron el gen localizado, con lo que la planta produce menos fitatos, lo que según Shukla también puede acabar acumulándose en forma de desperdicios en las aguas de desecho de las granjas. La capacidad de “apilar” rasgos de esta forma no es fácil de llevar a cabo con las tecnologías existentes.

El grupo académico utilizó un método similar, desarrollado por el Zinc Finger Consortium, un equipo internacional de investigadores comprometidos con el desarrollo de una plataforma disponible a nivel público para la ingeniería de nucleasas de dedos de zinc. En vez de añadirle un nuevo gen a la planta, los investigadores utilizaron las nucleasas de dedos de zinc para introducir una secuencia genética alterada dentro de un gen existente en las plantas del tabaco; la proteína codificada por el gen es el objetivo de los herbicidas, y su alteración hace que las plantas sean resistentes a los herbicidas. Voytas señala que la capacidad de poder realizar estos cambios tan sutiles dentro de un gen hará que los investigadores puedan estudiar la biología de las plantas de forma distinta.

Este método aún requiere la creación de múltiples plantas y su revisión para encontrar aquellas en las que la modificación tuvo éxito, aunque sólo hacen falta crear decenas o centenares  de plantas, en vez de miles o decenas de miles. Shukla opina que este tipo de tecnología reduce el tiempo necesario para crear una planta a la mitad. El método también requiere la creación de nucleasas de dedos de zinc específicas para una aplicación en particular. Shukla afirma que Dow está utilizando su plataforma para crear las moléculas a lo largo de sus productos internos y en proyectos de investigación académica, y tiene previsto proveer licencias de uso de esta tecnología para aplicaciones académicas, comerciales y humanitarias. Voytas señala que el Zinc Finger Consortium va a poner su método a disposición del público y que ofrecerá sesiones de entrenamiento para familiarizarse con esta técnica.

Matthew Porteus, bioquímico de la Universidad de Texas en San Antonio, autor de un artículo editorial que acompañaba al estudio publicado en Nature, señala que los dos estudios son los primeros ejemplos de investigadores que han logrado localizar un gen en concreto, diseñar nucleasas de dedos de zinc para dicho gen, y utilizar estas nucleasas para crear modificaciones específicas en plantas. Porteus, que ha estado investigando las nucleasas de dedos de zinc como método para terapias genéticas en humanos, señala que el interés en las nucleasas de dedos de zinc ha aumentado a lo largo de los últimos años. Se están usando para crear mutaciones precisas en peces cebra, y se acaban de iniciar unos tests clínicos en humanos que probarán el uso de las nucleasas de dedos de zinc para crear alteraciones genéticas en las células T de los pacientes con VIH, con la esperanza de hacer que sus células estén más preparadas para combatir la infección.