Figura 1. Plantas de camote (A) contenían secuencias genéticas provenientes de la bacteria Agrobacterium (B). En C se muestra brevemente que el proceso de transgénesis puede provocar incre- mento en el rendimiento de la planta y dotarla de ventajas contra enfermedades o estrés ambiental.
Desde hace mucho tiempo el ser humano ha dado usos diversos a las plantas para satisfacer sus demandas alimenticias y de salud; debido a esto científicos en todo el mundo han invertido esfuerzos importantes que han llevado a la mejora de plantas mediante la selección de variedades que presentan resistencia a enfermedades, sequía, calor extremo, salinidad y por otra parte aquellas que tienen un potencial para alcanzar una producción mayor.
¿Y qué pasa con los genes?
Investigaciones recientes han permitido conocer el funcionamiento de las plantas a nivel de sus genes, es decir, las instrucciones moleculares que dan las características a cada organismo, y por ende como es que responden a los estímulos ambientales.
Desde hace un par de décadas, tecnologías nuevas que dan luz sobre lo que ocurre en el interior de la célula, han permitido identificar y caracterizar nuevos productos naturales y sus derivados, así como indagar sobre el funcionamiento de dichos compuestos, por ejemplo, si tienen afinidad por algún tejido particular, como células tumorales o cancerígenas, y el efecto que tienen en dichas células, tejido u organismos, incluso en el ser humano, dicho tipo de tecnologías han sido incorporadas en un conjunto de saberes llamado ciencias ómicas. Estas últimas permiten realizar el análisis simultaneo de un grupo grande de moléculas, tales como, productos naturales o compuestos producidos por las plantas, proteínas o genes. Dentro de las ciencias ómicas podemos encontrar a la genómica, la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica, las cuales generan información global de un sistema biológico bajo condiciones determinadas, dicho en otras palabras, podríamos obtener una fotografía de los genes que tiene un organismo, cuáles de ellos se expresan para que se produzcan las proteínas y compuestos en un momento determinado de la vida del organismo.
Tabla 1. La transcriptómica ha permitido conocer la forma en la que especies de plantas generan compuestos de importancia
La genómica y la transcriptómica han generado información sobre los genomas de los organismos, es decir, conocer cuál es la secuencia o instrucciones que almacena el genoma para que un organismo adquiera una forma determinada, estatura, color, sexo, producción de metabolitos, la capacidad para resistir o ser susceptible a enfermedades y estímulos externos o medioambientales, además de los cambios que de manera natural o inducida sufre dicho mensaje como en el caso de las variedades de plantas obtenidas por cruzas entre plantas con características de interés o mediante transgénesis, este último realizado por el ser humano o de manera natural como recientemente se ha demostrado en plantas de camote (Figura 1).
La proteómica por su parte ha sido definida como el análisis a gran escala de la abundancia, localización, modificaciones, estructura y actividad de las proteínas, que podrían ser consideradas como blancos potenciales de diversos compuestos, para el desarrollo de nuevas vacunas o fármacos. En el caso de la metabolómica, ésta aporta información sobre compuestos que son producidos por las plantas como parte de su metabolismo, los cuales, pueden estar en cantidades muy pequeñas, siendo incluso no esenciales para la supervivencia de la planta, pero con un alto potencial.
La transcriptómica a la búsqueda de viejos y nuevos compuestos
El uso de fuentes naturales para satisfacer las demandas de la industria agroalimentaria, médica, científica y tecnológica, ha permitido que la Biología Molecular proponga estrategias que permitan la exploración fina y detallada de dichas fuentes.
Las tecnologías que permiten conocer el mensaje genético han permitido a los investigadores obtener información detallada sobre la cantidad de genes que posee un organismo y de qué manera es interpretado el mensaje para ser expresado, es decir, la producción de moléculas de ácido ribonucleico (ARN), en los organismos o incluso de solo algunas células. Estas tecnologías conocidas como secuenciación del ARN (ARN-seq), han permitido el desarrollo de la transcriptómica, y estudiar organismos modelo como la bacterias, levaduras y plantas; recientemente un consorcio internacional de investigación, ha planteado como objetivo obtener la lectura de todas las moléculas de ARN de mil especies de plantas de las que se extraen compuestos con un elevado valor comercial (Tabla 1). Esto permitirá conocer los procesos a través de los cuales se genera un compuesto. Es sabido que la cantidad de algunos compuestos producidos por las plantas es poca y se debe recurrir a la utilización de todas las partes de la planta, por ejemplo, la producción de taxol requiere 12 Kg de la planta Taxus brevifolia, para obtener 0.5 g de producto (Figura 2), conocer las instrucciones necesarias para la producción de compuestos ha llevado al desarrollo de estrategias que permiten la producción de dichos productos naturales de forma más rápida, eficiente y con menor costo, tal es el caso de los sistemas llamados de expresión heteróloga, donde las instrucciones codificadas para que las células de la planta realicen una tarea en particular, son puestas en un organismo distinto; de esta forma, el organismo que es transformado con dichas instrucciones, producirá el compuesto de interés; por mencionar ejemplos de estos organismos encontramos a las bacterias Escherichia coli, Bacillus subtilis, Lactobacillus lactis y la levadura Saccharomyces cerevisiae.
No obstante, saber de los procesos celulares implicados en la producción de compuestos no ha sido el único aporte de la transcriptómica, la interacción que tiene el compuesto con el organismo al que se aplica, así como los cambios que se inducen también son de importancia ya que eso determina la utilidad y dosis del compuesto. Recientes análisis transcriptómicos han evaluado el grado en el que un compuesto afecta procesos como el crecimiento, producción de biomasa e incremento en la cantidad de frutos de plantas con importancia agronómica o bien si algún compuesto produjera efectos bactericida o anticancerígeno.
La transcriptómica han evolucionado de manera gradual, permitiendo analizar la forma en la que son interpretadas las instrucciones que codifica el genoma de un grupo pequeño de células e incluso de una sola, por mencionar un ejemplo, a partir de unas estructuras conocidas como tricomas presentes en las hojas de la planta Artemisia annua, se logró conocer a los genes candidatos implicados en la producción de la artemisina, un compuesto importante utilizado para el tratamiento del asma.
Finalmente, cabe destacar que las ciencias ómicas como la transcriptómica han ejercido un impacto masivo y desarrollarán potenciales adicionales para elucidar como la información almacenada en los genes de plantas son las instrucciones para que éstas puedan producir productos naturales efectivos, y de qué forma pueden ser usados para mejorar la producción de dichos compuestos en la misma planta o en organismos que han servido como herramientas biotecnológicas.
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