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Un organismo
transgénico es cualquier
criatura viviente, tal
como una bacteria, una
planta o un animal, que
ha recibido un gen
foráneo por medio de la
ingeniería genética.
Existen muchos usos para
los organismos
transgénicos en el campo
de la salud y de la
alimentación. Por
ejemplo, los científicos
han desarrollado varios
tipos de gusano de la
seda que pueden producir
fibras de dureza
industrial, fibras que
brillan en la oscuridad
o que pueden hacer seda
con proteínas humanas.
Pronto podremos ver a un
mosquito diseñado para
que no pueda llevar a un
tipo de parásito del
paludismo. Ya se están
llevando a cabo pruebas
de campo para determinan
cuan seguro es el uso
del gusano rosado del
algodonero, diseñado
para que disperse la
esterilidad entre los
gusanos rosados
silvestres y proteger
así a los cultivos
agrícolas. La mayor
parte de la
investigación
transgénica aún se
encuentra en una fase de
desarrollo, y ahora es
el momento de
enfrentarse a los
impactos que la
transgénica puede tener
en el medio ambiente, en
la producción de los
cultivos y en la salud
humana y animal.
¿Qué es un insecto
transgénico?
Los insectos se
convierten en
transgénicos cuando se
les inserta en el genoma
una o más secuencias de
ADN de otro organismo.
El método aceptado para
hacer insectos
transgénicos es el de
empalmar el ADN que se
les quiere insertar a un
elemento móvil, conocido
como un "gen de salto."
Un gen de salto es un
segmento de ADN que
puede ser integrado a
muchos sitios diferentes
a lo largo de un
cromosoma. En nuestro
laboratorio usamos un
elemento móvil llamado
piggyBac, el cual
fue descubierto por
Malcolm Fraser de la
Universidad de Notre
Dame.1
Interesantemente, cuando
el genoma humano fue
finalmente secuenciado,
se encontraron muchas
copias de un elemento
móvil inactivo llamado
mariner,
proveniente de las
bacterias. También se
identificaron varias
copias de un homólogo al
piggyBac llamado
looper. En
realidad no se sabe
cuantos otros genes
similares pueden estar
presentes, pues ellos no
son fáciles de
identificar y de
caracterizar. Sin
embargo, una de las
teorías actuales sugiere
que estos genes de salto
juegan un papel en la
evolución humana.2
Usos agrícolas de los
insectos diseñados
Es posible que la
primera aplicación
práctica de la
tecnología de insectos
transgénicos puedan ser
mejoras en la técnica de
insectos estériles (SIT,
en sus siglas en inglés).
La SIT fue desarrollada
por Edward F. Knipling
en base a los usos
pacíficos de la energía
nuclear. El método
utiliza:
-
la cría de insectos
plaga en grandes
cantidades,
-
exponerlos a
radiación dañina a
un nivel tal que los
vuelva estériles,
-
soltarlos en las
áreas infestadas de
manera que ahoguen a
la reproducción de
las poblaciones
silvestres.
Los programas SIT
han sido usados para
controlar a una
variedad de insectos,
incluyendo a la
moscamed o mosca
de la fruta del
Mediterráneo (Ceratitis
capitata), la
polilla de la
manzana (Cydia
pomonella) y
para el gusano
rosado del
algodonero (Pectinophora
gossypiella).3-5
Sin embargo, todavía
se deben superar
algunos obstáculos:
-
Algunos insectos
no se pueden
criar en masa.
-
La cría en masa
a veces
contribuye a una
mejora en los
números de la
población pero a
costa del "fitness"
o capacidad
física. (El
fitness o
capacidad física
es la habilidad
de un organismo
de adaptarse a
su medio
ambiente).
-
En la actualidad,
la técnica
involucra a la
esterilización
de los insectos
usando radiación,
la cual reduce
aún más su
capacidad física.
Para esterilizar
a los gusanos
rosados usando
la técnica de
SIT, se expone a
las pupas a una
dosis de rayos
gamma, los
cuales causan un
rompimiento
masivo de los
cromosomas que
las células
tratan de
reparar por
medio de sus
mecanismos
naturales. El
resultado es que
las funciones
principales de
las células son
retenidas pero
los adultos
resultantes son
estériles. Un
efecto
secundario del
proceso es un
comportamiento
reproductivo
menos
competitivo por
parte de los
insectos
transgénicos en
comparación con
los no
irradiados. Para
compensar, se
liberan una gran
cantidad de
insectos SIT,
los cuales
pueden entonces
contrarrestar el
vigor
reproductivo de
la población
silvestre. En
los gusanos
rosados SIT, la
proporción de
individuos
estériles y de
insectos
silvestres es
60:1. En
contraste, la
proporción usada
en la
moscamed SIT
es de 100:1. El
programa SIT
para el gusano
rosado se
encuentra está
siendo
implementado en
California,
EE.UU. (Figura
1).
 Figura
1. Este mapa de
California y de
sus condados
muestra las
regiones
principales
donde se cultiva
el algodón (en
verde) y las
zonas de
cuarentena (en
rojo) del gusano
rosado (Pectinophora
gossypiella) del
algodonero. El
gusano rosado se
encuentra
establecido en
los dos condados
mostrados en
rojo pero no en
las áreas que se
muestran en
verde y que se
encuentran en el
Valle Central.
Desde el año
1969 se
encuentra en
operación un
programa SIT
destinado a
prevenir la
dispersión del
gusano rosado de
las áreas
infectadas hacia
el Valle
Central. Los
gusanos rosados
estériles SIT
son enviados a
diario desde la
planta de
crecimiento en
masa en Phoenix,
Arizona, para
ser soltados y
dispersados en
las áreas del
centro de
California donde
no se encuentra
la infección.
Figura 1. Haga
click para ver
imágen más
grande.
El paso
siguiente en el
control del
gusano rosado es
la creación de
un insecto
transgénico que
pueda cruzarse y
transmitir la
esterilidad a la
población
silvestre. Como
puede uno criar
insectos
estériles
transgénicos? La
inserción al
gusano rosado de
un simple gen
letal "condicional"
elimina la
susceptibilidad
a los efectos
secundarios de
la radiación
bajo ciertas
condiciones.
Notch es el
primer gen letal
condicional que
se ha
descubierto y
que permite la
cría en masa de
insectos.
Nuestro
laboratorio
encontró al gen
Notch en
Drosophila
melanogaster, la
mosca del
vinagre o mosca
de la fruta, en
1994.6
Por una razón
desconocida, la
proteína del
Notch
funciona en
apoyar el
desarrollo del
embrión a
temperaturas más
altas que la del
ambiente, pero
interfiere con
el desarrollo
embrionario a
temperaturas más
bajas que las
ambientales, lo
cual lo hace
condicionalmente
letal. Al
mezclar una cepa
de Drosophila
melanogaster
que contiene dos
copias de la
mutación
Notch con un
número igual de
individuos de la
cepa silvestres,
hemos causado
que la población
colapse en tres
generaciones.
Sin embargo, al
tratar de
insertar al
Notch en los
gusanos rosados
encontramos el
primer problema
serio. Los
elementos
genéticos que
funcionan
perfectamente
bien en
Drosophila,
una mosca, no
necesariamente
funcionan de la
misma forma en
un insecto
alejado
taxonómicamente,
como el gusano
rosado, una
polilla. Este
proceso se
encuentra aún en
desarrollo.
El segundo gen
letal, llamado
nipper,
también
proveniente de
la mosca de la
fruta y también
un gen del
desarrollo, fue
descubierto por
Luke Alphey de
la Universidad
de Oxford, en el
Reino Unido.
Alphey y su
compañía Oxitec,
UK, han
fabricado un
sistema letal
más elaborado,
el cual esperan
que sea
utilizado en un
número de casos
de control de
plagas. En los
gusanos rosados
transgénicos,
los efectos
letales de
nipper se
apagan o
detienen en la
presencia del
antibiótico
tetraciclina, el
cual es
utilizado en la
cría en masa
para suprimir a
las infecciones
bacterianas.
Cuando los
adultos del
gusano rosado
son liberados al
ambiente, donde
la tetraciclina
no está
disponible,
ellos se
reproducen y
pasan el efecto
letal a la
siguiente
generación en la
población de
campo, lo cual
los hace un
candidato
perfecto para el
nuevo SIT.
Alphey y sus
colegas en
Oxitec también
están trabajando
en resolver el
problema de
hacer que los
genes de la
mosca de la
fruta funcionen
en otros
insectos.7
El problema del
fitness en
insectos
transgénicos
-
La cría de
insectos en
el
laboratorio
naturalmente
selecciona
características
y
comportamientos
que no son
compatibles
con el
comportamiento
competitivo
que se
encuentra en
las
poblaciones
silvestres,
lo cual es
uno de los
dilemas de
la
estrategia
SIT. En
ocasiones,
las cepas de
laboratorio
son cruzadas
con cepas
silvestres
con el fin
de
contrarrestar
los efectos
de
entrecruzamiento
y la falta
de
competencia.
-
El proceso
de crear a
los
organismos
transgénicos
introduce
otra forma
de pérdida
de fitness.
El acto de
introducir
un gen nuevo,
aún cuando
éste es
insertado
por un
mecanismo
"natural"
usando
elementos
móviles,
siempre deja
débil al
recipiente,
y en algunos
casos,
fatalmente
débil. Solo
unos pocos
organismos
transgénicos
entre
cientos de
inserciones
experimentales
son capaces
de
sobrevivir.
El fitness
es mejorado
al llevar a
cabo la cría
con
poblaciones
saludables y
seleccionando
cepas puras.
Cualquier
intento de
liberar
insectos
transgénicos
a las
poblaciones
silvestres
se verá
enfrentado a
estos mismos
retos, es
decir, a una
reducción
del fitness
en
comparación
a las cepas
silvestres
debido a la
cría en el
laboratorio
y a la
inserción de
genes. El
primer
experimento
en el cual
se permitió
que
mosquitos
transgénicos
(con
proteínas
fluorescentes
como
marcadores
genéticos)
se mezclaran
con las
poblaciones
silvestres
en un
experimento
en jaulas
mostró que,
con el
tiempo, el
grupo
transgénico
disminuyó
naturalmente
y en forma
rápida. Esto
es
exactamente
lo que
sucede con
los gusanos
rosados
transgénicos.
Aún así,
sorpresivamente,
se
requirieron
entre 4 y 16
generaciones
para que
cualquier
vestigio de
los
individuos
transgénicos
desapareciera
del todo. Yo
esperaba que
la reversión
al tipo
silvestre
ocurriera
más
rápidamente,
y quizás, en
condiciones
silvestres,
esto
ocurriría.8
Diseñado
simbiontes
para el
control de
enfermedades
en plantas
La
paratransgenesis,
otro uso de
la
tecnología
transgénica
en la
protección
de cultivos,
es la
técnica de
insertar
genes en
simbiontes
que viven en
los
organismos
hospederos.
Un simbionte
es un
organismo
que depende
de otro
organismo
(el huésped)
para
sobrevivir.
Un ejemplo
en el pez
payaso (Familia
Pomacentridae)
el cual
encuentra
refugio y
alimento
entre los
tentáculos
de la
anémona de
mar.
La
Paratransgenesis
fue
descubierta
por Frank
Richards en
la
Universidad
de Yale y
nuestro
laboratorio
tomó
prestados
sus
principios
en el
desarrollo
de un método
para
contrarrestar
la amenaza
de la
enfermedad
de Pierce en
California.
 Figura
2. En el
modelo de la
enfermedad
de Chagas,
usado aquí
como un
ejemplo para
ilustrar al
control
simbiótico,
el insecto
vector es un
hemíptero o
chinche que
chupa sangre
y que
transmite a
la
enfermedad
transportada
en la sangre
desde un
animal
doméstico o
silvestre
hacia los
humanos. El
patógeno es
un
protozoario
y la
bacteria es
el simbionte
(representadas
en el dibujo
como
círculos de
color en la
tripa del
insecto). El
primer paso
en el
control
simbiótico
es escoger a
un simbionte
que ya está
presente en
el insecto
vector (circulitos
rojos en el
paso 1).
Luego, se
altera
genéticamente
al simbionte
(circulitos
morados en
el paso 2)
de manera
que lleven
un producto
genético que
sea letal al
agente
patógeno.
Luego se le
inserta el
simbionte
alterado al
insecto
vector (paso
3) de manera
que disperse
al gen letal
a cualquier
patógeno que
sea
encontrado
cuando el
insecto esté
tomando su
comida de
sangre. Este
modelo de
control
también
puede ser
aplicado a
cualquier
enfermedad
de las
plantas
transmitidas
por insectos.
Figura 2.
Haga click
para ver
imágen más
grande.
-
La
característica
clave
del
control
simbiótico,
el cual
utiliza
a
simbiontes
para
controlar
a plagas
o a
enfermedades,
es la
identificación
de un
simbionte
que
tiene
tanto
una
relación
íntima (llamada
mutualismo)
con el
huésped
enfermo
como
acceso a
la plaga
o al
patógeno
que lo
está
atacando.
-
La
diferencia
entre el
control
simbiótico
y el
control
biológico,
el cual
utiliza
a
organismos
tales
como
parásitos
o
depredadores
para
controlar
a una
plaga o
enfermedad,
es que
el
organismo
plaga
transgénico
actúa
como un
agente
simbiótico
de
control
por si
mismo,
en vez
de tener
a
parásitos
o
depredadores
controlando
a la
plaga.
-
El
control
simbiótico
es
diferente
a los
pesticidas
microbianos
ordinarios,
los
cuales
son
utilizados
de la
misma
forma en
que se
usan los
insecticidas
comerciales,
en que
el
control
simbiótico
posee
una
mayor
selectividad
y menos
efectos
secundarios.
El
agente
simbiótico
puede
ser
diseñado
para que
afecte
solamente
al
patógeno
que
causa
una
enfermedad
específica
(Figura
2).
La
enfermedad
de
Pierce
es
causada
por una
cepa de
bacteria
llamada
Xylella
fastidiosa
(XF) (Figura
3). La
XF se
originó
en el
Golfo de
México
hace
unos 150
años
atrás y
probablemente
llegó a
California
en vides
infectadas.
Históricamente,
la
enfermedad
de
Pierce
ocurría
en
California
en muy
pocas
ocasiones
y
desaparecía
igualmente
rápido
porque
los
saltahojas,
chicharritas
o
cicadélidos
(Homoptera:
Cidadelidae)
nativos
no eran
muy
eficientes
en la
dispersión
del
patógeno.
Figura
3. Las
hojas de
la vid
Chardonnay
en un
viñedo
comercial
de
Temecula,
en
California,
muestras
rasgos
de la
enfermedad
de
Pierce.
Esta vid
se
encuentre
cerca de
un lote
donde se
están
haciendo
pruebas
de
control
para la
enfermedad
de
Pierce.
Note que
las uvas
aún
están
creciendo
en la
presencia
de la
enfermedad.
Foto ©
2004,
Blake
Bextine.
Figura
3. Haga
click
para ver
imágen
más
grande.
Más
recientemente,
a
mediados
de los
años 80,
la
chicharrita
de alas
cristalinas
(Homalodisca
coagulata,
o GWSS
en sus
siglas
en
inglés),
un
cicadélido
nativo
al
sureste
de los
Estados
unidos
donde la
enfermedad
de
Pierce
es
endémica,
arribó
al
estado
de
California.
La nueva
plaga
cambió
completamente
el
panorama,
pues
ella es
muy
eficiente
en la
dispersión
del
patógeno
que
causa la
enfermedad
de
Pierce.
Otras
cepas de
la
bacteria
XF
también
fueron
dispersadas
de
manera
tal que
el sur
de
California
ahora
sufre de
una
epidemia
de hoja
seca o
quemada
de la
adelfa (Neerium
oleander)
y otras
enfermedades
similares
en
árboles
ornamentales.
El
control
simbiótico
es una
de las
opciones
biotecnológicas
para el
control
de la
enfermedad
de
Pierce.
Hasta
ahora
nuestros
experimentos
han
logrado
lo
siguiente:
-
Carol
Lauzon
encontró
un
simbionte
tentativamente
identificado
como
Alcaligenes
xylosoxidans
var.
denitrificans
(Axd),
proveniente
del
tracto
digestivo
anterior
de
la
chicharrita
de
alas
cristalinas.10
-
David
Lampe
insertó
genes
marcadores
fluorescentes
en
el
cromosoma
del
Axd
(RAxd).11
-
Blake
Bextine
desarrolló
métodos
para
seguir
el
movimiento
de
los
simbiontes
desde
la
chicharrita
hasta
las
plantas
hospederas.12
Las
pruebas
de
campo
bajo
condiciones
confinadas
en
viñedos
comerciales,
apoyadas
por
un
permiso
de
la
Agencia
para
la
Protección
Ambiental
(EPA,
en
sus
siglas
en
inglés),
han
demostrado
que
el
RAxd:
- no se traslada a las uvas o a los tallos de las vides en desarrollo;
- no sobrevive en el suelo; y
- es rápidamente reemplazado por poblaciones silvestres no transgénicas de Axd y por otros simbiontes que son parte natural del ecosistema.
Más recientemente, Lampe produjo Axd con un gen marcador y un producto genético que resultó ser letal para el patógeno. Lo hemos llamado S1RAxd. Bextine está actualmente haciendo pruebas con el nuevo organismo sobre su habilidad de curar la enfermedad de Pierce en las vides y de prevenir la transmisión del patógeno. Hasta ahora, estas han sido estrictamente experimentos de laboratorio. No hemos recibido aún la aprobación necesaria para poder conducir pruebas a campo abierto. Las pruebas de campo confinadas que se mencionaron anteriormente fueron llevadas a cabo en viñedos comerciales con las plantas dentro de bolsas para prevenir el acceso de insectos silvestres. También, las plantas fueron destruidas al finalizar los experimentos.
Los programas estadales y federales han mantenido bajo control a la enfermedad de Pierce en el sur de California, hasta ahora, por medio de restricciones de cuarentena y con tratamientos de insecticidas para las chicharritas GWSS que pasan el invierno en las huertas de sus huéspedes cítricos. Las industrias de la vid y del vino han sido claras en expresar que no aceptarán una solución transgénica en vid a esta amenaza, eliminando así a una herramienta biotecnológica importante. Una estrategia con insectos transgénicos no es práctica, pues la GWSS no puede ser criada en grandes cantidades en el laboratorio y los controles biológicos clásicos usando parásitos y depredadores pueden suprimir al GWSS aunque no por debajo de los niveles económicamente tolerables de la enfermedad (un GWSS por planta). Finalmente, las industrias de la uva y del vino no han indicado aún su posición con respecto al control simbiótico.
La regulación de los insectos transgénicos y paratransgénicos
La Iniciativa Pew sobre el Alimento y la Biotecnología ha hecho un llamado para la adopción de regulaciones estrictas sobre los insectos genéticamente modificados en su informe de Enero de 2004.13 La EPA ha llamado al nuevo organismo S1RAxd un "pesticida microbiano," y, a pesar de que esta aplicación de los simbiontes es nueva, existen ya leyes instaladas que la regulan.
La preocupación mayor con el Axd es que está relacionada con una bacteria (o con la misma bacteria) que causa las infecciones nosocomiales, es decir, las infecciones que se contraen en los hospitales, especialmente en este caso, en los pulmones de pacientes con fibrosis quística. Así, antes de que se permita el registro de cualquier aplicación para un pesticida microbiano en el control de la enfermedad de Pierce en los viñedos, este asunto deberá ser resuelto.
El proceso regulatorio incluye la evaluación científica de riesgos y utiliza los foros públicos como una piedra de toque y para descubrir otros temas potenciales que el público pueda tener con el registro y con el uso. El proyecto del gusano rosado genéticamente modificado descubrió la actitud en algunos individuos de que "nos es algo que deberíamos estar haciendo" y esta perspectiva fue oficialmente adoptada por la California Fish and Game Commission.
Los oficiales de regulación tienen que responder a las objeciones en contra de la aplicación de nuevas tecnologías. Ellos no pueden responder a dudas vagas, pues la ley no les permite hacerlo. Pero ellos pueden medir y enfrentarse a las preocupaciones sobre la seguridad, tales y como la alegada propiedad nosocomial del Axd. El uso de insectos transgénicos para mejorar al SIT es visto por muchos como la prueba de menor riesgo de esta tecnología, pues la finalidad es que la población se colapse en vez de dispersar sus genes a través de la población.14
¿Controla el hombre a la naturaleza o vicecersa?
Los dos problemas agrícolas presentados anteriormente, el gusano rosado y la enfermedad de Pierce, fueron ambos causados por actividades humanas. Inicialmente, el gusano rosado, originalmente de la India, accidentalmente se dispersó globalmente por medio de cargamentos de semilla de algodón contaminadas con larvas. Los agricultores de algodón creyeron que iban a mejorar sus rendimientos. En vez, ellos recibieron una plaga agrícola de gran categoría. El patógeno que causa la enfermedad de Pierce y, luego, la chicharrita de alas cristalinas, fueron inadvertidamente importadas a California y ahora amenazan tanto a los cultivos como a las plantas ornamentales.
La introducción accidental del gusano rosado ilustra la falacia en la noción común de que los humanos controlan a la naturaleza. Sin embargo, las tecnologías del ADN recombinante son consideradas por algunos como meterse con la creación.
Ciertamente, el insertar genes en insectos o en sus simbiontes eleva la cuestión de que los genes se pueden movilizar horizontalmente entre las especies, así como las preocupaciones sobre la seguridad humana y sobre la ética. Sin embargo, los insectos transgénicos no son completamente competitivos comparados a sus tipos silvestres, a pesar de que si son lo suficientemente competitivos como para disminuir la reproducción de las plagas. Además, ellos pierden en competencia con las variedades silvestres y se autodestruyen en unas pocas semanas. Dada esta realidad, es difícil entender porqué estas creaciones de laboratorio pueden ser un problema. Uno no obtiene organismos más vigorosos a menos de que se permita que la selección ocurra en la naturaleza. Nada que salga de un laboratorio va a poder competir con el proceso natural porque los ambientes artificiales carecen de una selección completa de criterios.
El hecho de que los fragmentos transgenéticos pueden sobrevivir el tiempo que lo hacen es ya de hecho una interrogante, pero tiene sentido si la naturaleza posee un método de preservar segmentos extra de ADN para un posible uso posterior. Cuando los insectos plaga desarrollan la resistencia a los insecticidas, o cuando los microbios desarrollan la resistencia contra los antibióticos (y tanto los pesticidas como los antibióticos son retirados del mercado) los organismos revierten a su anterior susceptibilidad. Pero al introducir de nuevo estos productos, encontramos que la resistencia ocurre mucho más rápido esta segunda vez. Esto es un tipo de "ahorro de remanentes" por parte de una población para su uso posterior (en este caso la resistencia al insecticida del primer compuesto) al nivel del ADN. Esto es una visión del poderoso motivador para la replicación exitosa del ADN, pero también sugiere que nunca podremos controlar completamente a una población.
© 2004, American
Institute of Biological
Sciences. Los educadores tienen
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usuarios por favor
comunicarse con el
editor para solicitar
permisos de reimpresión.
Por favor ver políticas de reimpresión.
Sobre el autor: El Dr. Thomas A. Miller es profesor de entomología en la Universidad de California, en Riverside. En el 2003 recibió la Medalla de Oro G. J. Mendel por Mérito en las Ciencias Biológicas de la Academia de Ciencias de la República Checa, por sus investigaciones en la fisiología y la genética de los insectos. Ha editado alrededor de 17 libros en entomología experimental y es conocido por sus avances en la investigación del sistema circulatorio de los insectos, sobre el modo de acción de los insecticidas y sobre la fisiología de las plagas del algodón. Más recientemente ha sido pionero en las aplicaciones de la biotecnología a la protección de los cultivos y está trabajando específicamente para encontrar una cura a la enfermedad de Pierce, la cual es causada por patógenos transmitidos vía insectos y que actualmente amenaza a la industria de la uva y del vino en California.
http://www.faculty.ucr.edu/~chmeliar/miller_home/home.html
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1) For more information
on transposable
elements, see Malcom
Fraser’s web site:
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