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Introducción a los alimentos transgénicos.
1.1. Concepto.
1.2. Genética y agricultura.
1.3. Ingeniería genética.
1.4. Mercado de alimentos transgénicos.
1.5. Modificaciones genéticas en microorganismos y animales.
1.6. Nuevas estrategias.
1.1. Concepto.
¿Qué es un alimento transgénico?
Conjunto de sustancias que los seres vivos comen o beben para subsistir que han sido modificadas mediante la adición de genes exógenos para lograr nuevas propiedades.
El hecho de que sólo considere transgénicos aquellos a los que se les han añadido genes de otros organismos es importante porque no incluye muchas modificaciones genéticas.
1.2. Genética y agricultura.
En la agricultura tradicional también se han modificado genéticamente las plantas, mediante cruce- selección y sin saber lo que se estaba haciendo, es decir que la mejora genética no es algo nuevo.
Ejemplo: maíz (más grande y con más granos), zanahorias (eran púrpuras y de otros colores hasta llegar a la naranja con más carotenoides, plátanos y sandías (semillas más pequeñas y frutos más grandes), berenjenas (planta menos espinosa para mejorar la recolección).
Las plantas son más fáciles de transformar pero los animales que son útiles para el hombre también se han mejorado genéticamente desde tiempos neolíticos cuando el hombre se hace sedentario y pasa a vivir de la recolección y caza a vivir de la agricultura y la ganadería.
El proceso de selección y mejora genética clásica ha sido y es un proceso largo y continuado donde el hombre también cambió (gran influencia del contacto con animales domésticos en el sistema inmune).
¿En que se basan los sistemas de selección genética clásica?
En mutaciones al azar, se obtiene un producto con una característica de interés y entonces se cruza con otro y puede salir algo no interesante y se descarta o algo de interés que hace que se vuelva a seleccionar y a cruzar de nuevo, es un sistema prueba/error.
La selección se hacía en función de resistencias a situaciones ambientales adversas y a que el producto tuviera una apariencia saludable, un crecimiento vigoroso, mayores rendimientos y olor y sabor deseados.
Limitaciones: Sistema lento, muchas mutaciones no interesantes y además sólo se pueden cruzar plantas sexualmente compatibles.
Ejemplo del proceso de mejora genética clásica del trigo.
A partir de 2 especies ancestrales con 14 cromosomas cada una, por hibridación se obtuvo una especie una con 28 cromosomas.
Luego, en paralelo se cruzó la especie de 28 cromosomas con otra especie salvaje de 14 cromosomas y se obtuvo en principio un híbrido que era estéril, pero por error en el proceso de división y por autofertilización se obtuvo la especie que se utiliza hoy en día para el pan que tiene 42 cromosomas.
A partir del siglo XIX , con los estudios de Mendel y Darwin se produce un boom en los procesos de mejora genético porque se comienza a saber qué se está haciendo y cómo hacerlo mejor aunque con las mismas técnicas de selección y cruce que se estaban utilizando hasta ahora.
Se comienza a cruzar especies relacionadas (ejemplo del trigo- centeno se obtiene el triticale ).
A partir del siglo XX en EEUU el presidente Wallace promueve la hibridación de semillas mejoradas y se produce una expansión de los procesos de hibridación.
En 1920 se intenta forzar la mutagénesis mediante el uso de agentes mutantes físicos (Rayos gamma) y químicos (EMS).
Revolución verde se comienzan a sacar híbridos con mayor rendimiento y mejor adaptado a condiciones ambientales adversa como el trigo Norin 10 variedad enana pero con el fruto igual de grande (más fácil de cultivar).
Dada la necesidad de alimentar a una población cada vez mayor es necesario mejorar las propiedades de las plantas y/o replantear la producción de alimentos a nivel mundial.
1.3. Ingeniería genética.
¿Qué hay realmente nuevo?
Diseños a la carta, sin esperar los tiempos “generacionales” que exigían las técnicas tradicionales ni la aleatoriedad de la mutagénesis.
En 1953 James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura en doble hélice del DNA.
En 1965 R. W. Holley secuenció por primera vez la información total de un gen de la levadura compuesta por 77 bases, lo que le valió el Premio Nobel.
1973 , se desarrolla la tecnología de recombinación del DNA por Stanley Cohen y Herbert Boyer.
En todos los proceso de obtención de plantas transgénicas hay siempre un organismo donante que ofrece un gen para introducir en otro organismo, que es la planta receptora , es la fase de transformación. La transformación de la planta receptora se puede realizar por diferentes técnicas: infección con Agrobacterium , tratamiento de protoplastos y cultivos de tejidos o modificación de plantas en desarrollo.
Luego viene la fase de selección en la que se seleccionan las células transformadas que han incorporado el gen de interés, la selección se basa en marcadores que se incorporan con el gen de interés como resistencias a antibióticos o a herbicida.
Por último, las células transformadas se cultivan hasta conseguir la regeneración de una planta transgénica completa.
1-TRANSFORMACIÓN
El proceso de transformación consisten en la construcción génica: la preparación del vector que se va a introducir en el organismo receptor. El vector lleva: un promotor-el gen de interés y el marcador de selección y un terminador. Tanto para el promotor como el terminador se suelen utilizar elementos conocidos, de uso casi universal.
En el caso de infección con Agrobacterium el vector se introduce en la bacteria que luego se pone en contacto con los explantos, se forma un callo y a partir de ahí se tienen células transformadas.
2-SELECCIÓN
Las células transformadas se seleccionan poniéndolas en un medio selectivo, por ejemplo, si las transformadas han incorporado una resistencia a antibióticos se añade al medio el antibiótico y sólo las transformantes sobrevivirán.
3-REGENERACIÓN
Las células seleccionadas se cultivan para conseguir la regeneración de una planta completa.
1.4. Mercado de alimentos transgénicos.
Comercialización de los primeros alimentos transgénicos:
La comercialización de los alimentos transgénicos empieza en 1994 , cuando la Agencia Norteamericana Alimentaria (Food and Drug Administration) autorizó el comercio del primer tomate Flavr-Savr , Calgene (tomate de “larga vida” con proceso de maduración retardada que facilitaba su almacenamiento y transporte a grandes distancias).
1996 el primer cultivo GMO disponible comercialmente, se pasa a producir semillas transgénicas que se venden a los agricultores.
Actualmente, en el mundo, existen más de 80 productos transgénicos.
Números que lo hacen atractivos (fuente: ISAAA 2015): reducción del 37% el uso de insecticidas , aumento del 22% en la producción y aumento del 68% los ingresos para el agricultor.
Desde 1994, 40 países han concedido autorizaciones regulatorias a los cultivos modificados genéticamente para su uso como alimento y/o piensos o para la liberación al medio ambiente.
3.418 aprobaciones reguladoras han sido emitidas por las autoridades reguladoras en más de 26 cultivos transgénicos.
Los cinco países con el mayor número de aprobaciones reguladoras son:
Japón, 214 aprobaciones
EE.UU. , 187
Canadá, 161
México, 158
Corea del Sur, 136
La soja supone el 50% del área cultivada con OGM, seguido por el maíz y el algodón. Y el 82% de la soja cultivada es transgénica.
A partir de los años 90 se frena la expansión de los cultivos de OMG y se establecen comisiones que regulan su plantación, cultivo y distribución en muchos países y que es muy fuerte en Europa.
Cultivos transgénicos:
1ª Generación : el objetivo es la obtención de cultivos con ventajas agronómicas :
Resistencia a herbicidas.
Resistencia a plagas y enfermedades.
Resistencia a condiciones ambientales extremas.
2ª Generación : el objetivo es la obtención de plantas con mejores propiedades :
Mejora de la calidad en productos agrarios.
3ª Generación : el objetivo es la obtención de plantas modificadas genéticamente para
producir compuestos de alto valor añadido (interés sanitario o industrial) -> Planta
biofactoría.
1.5. Modificaciones genéticas en microorganismos y animales.
MICROORGANISMO TRANSGÉNICOS
Levaduras y Bacterias lácticas, organismos unicelulares que son susceptibles de modificación genética con mayor facilidad que las plantas y los animales.
Gran importancia desde el punto de vista económico y alimenticio
Levaduras (hongos no filamentosos) se han mejorado genéticamente dados su uso en :
- panaderías y reposterías
- producción de cervezas y vinos
- fermentación de azúcares (melazas de azucareras)
- producción etanol acuoso (destilación licores y aguardientes)
- alimentación humana y animal
La levadura MAL
Primer microorganismo fermentador con permiso de comercialización en Europa.
Es capaz de utilizar la maltosa presente en la harina de panificación desde el principio del proceso de fermentación, con lo que se mejora la eficacia del proceso industrial.
Uso
industrial de microorganismos
1. TILLING (Targeting Induced Local
Lesions IN Genomes
Se utiliza un mutágeno, normalmente EMS y luego con las técnicas de secuenciación se detectan las mutaciones.
- Se tratan las semillas con el mutágeno.
- Se dejan crecer y se secuencian las plantas para detectar las mutaciones.
- Se seleccionan los mutantes y se vuelven a sembrar y analizar el fenotipo.
- Se obtiene una colección de mutantes con diferentes fenotipos.
No es un transgén ya que las modificaciones se hacen mediante mejora genética clásica.
2./3. TALEN y CRISPR
Se basan en el mismo principio, hacer un corte en un sitio específico del ADN para que el sistema de reparación de la célula introduzca en ese sitio “algo” por recombinación. Si lo que se introduce no es un gen exógeno entonces no es un OMG.
4. ZFN (Zinc-finger nucleasa)
Se basa en utilizar una proteína quimérica con unos dominios ZFN que reconocen sitios específicos del ADN y una nucleasa (fok I) que corta en el sitio y la maquinaria de reparación del ADN de la célula introducirá en el sitio de corte lo que se le ofrezca en un vector que contiene secuencias homólogas al sitio de corte.
5. ODM (Oligonucleotide-drected mutagenesis)
Consiste en utilizar oligos mutagénicos para provocar la ruptura de la doble hebra de ADN.
6. Intragenesis y Cisgenesis
Transgénesis: Es el concepto de transgénico clásico: se introduce un gen de otro organismo y se obtiene un OGM.
Cisgénesis: es cambiar un gen de un sitio a otro del cromosoma de un organismo.
Intragénesis: modificar algún elemento de un gen, por ejemplo el promotor.
En todos los casos tras la modificación se siembra y se cultiva y luego se secuencia la planta entera y se obtiene variabilidad.
7. RdDM (RNA-directed DNA metilation)
Se basa en la metilación de las histonas del ADN que produce un cambio conformacional y se produce una regulación de los genes de esa zona del ADN.
8. Mejora inversa (reverse breeding)
En la meiosis se produce variabilidad de forma natural. Esta técnica consiste en bloquear el cruzamiento natural para producir una meiosis antinatural que produce mayor variabilidad ya que se crean muchas copias de un cromosoma. Se produce poliploidía que es muy apreciada en los vegetales porque conlleva frutos más grandes.
Todas estas técnicas están en el límite, en muchos casos no producen organismos transgénicos, según la definición actual, por lo que es necesario cambiar la regulación de los OMG para que se contemplen algunos casos.
