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Científicos desarrollan organismos transgénicos que no se cruzan con sus parientes silvestres

Los organismos modificados genéticamente que no pueden reproducirse con sus contrapartes salvajes podrían evitar que las plantas transgénicas propaguen genes a los cultivos y malezas no modificados, y luchen contra las plagas.

Maciej Maselko ha hecho que el sexo salvaje sea mortal… al menos para organismos genéticamente modificados. Un biólogo sintético de la Universidad de Minnesota en Minneapolis-St Paul, Maselko y sus colegas han utilizado herramientas de edición de genes para crear levaduras genéticamente modificadas que no pueden reproducirse con éxito con sus contrapartes convencionales. Al hacerlo, dicen que han diseñado especies sintéticas.

«Queremos algo que sea idéntico al original en todos los sentidos, excepto que es genéticamente incompatible», dice Maselko, quien presentó su trabajo el 16 de enero en la Conferencia anual de Genoma de Plantas y Animales en San Diego, California. La investigación fue co-dirigida por Michael Smanski, un bioquímico de la Universidad de Minnesota.

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La tecnología podría ser utilizada para evitar que las plantas modificadas genéticamente propaguen genes a cultivos y malezas no modificadas, con lo cual se logra contener organismos de laboratorio, esperan los investigadores. Incluso podría ayudar a combatir las plagas y las especies invasoras, mediante la sustitución de organismos silvestres con contrapartes modificadas. Otros científicos dicen que el enfoque es prometedor, pero advierten que podría verse obstaculizado por obstáculos técnicos, como la capacidad de los organismos modificados para sobrevivir y competir en la naturaleza. «Este es un sistema ingenioso y, si tiene éxito, podría tener muchas aplicaciones», dice el biólogo evolutivo Fred Gould de la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Raleigh.

Lapso de tiempo de obtención de imágenes de células vivas de células de levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae) en un apareamiento compatible (izquierda) e incompatible con autodestrucción (derecha). Crédito: Maselko et al., Nature Communications 8: 883 (2017).

Modo de autodestrucción

Maselko y Smanski utilizaron la herramienta de edición de genes CRISPR/Cas9 no para editar genes objetivo, sino para alterar su expresión. El equipo guió la enzima Cas9 para activar en exceso genes para que así sus productos proteínicos se acumulen a niveles tóxicos. Cuando probaron por primera vez el enfoque en la levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae), elevaron las cantidades de una proteína llamada actina, hasta un nivel en que las células que la contenían explotaron.

Para evitar que las células de levadura modifada genéticamente se apareen con éxito con otras cepas, el equipo diseñó dos modificaciones a las células de levadura: una, análoga a un «veneno», produjo una versión de Cas9 que, junto con otros factores, reconoció y activó el gen de la actina. La segunda modificación, el «antídoto», fue una mutación que impidió que Cas9 sobreexpresara la actina.

Una cepa de levadura que contenía tanto veneno como antídoto produjo descendencia sana cuando se apareó con una cepa que portaba el antídoto. Pero cuando la cepa modificada se cruzó con una cepa de laboratorio diferente que carecía del antídoto, casi todas sus crías se hincharon como globos, según informó el equipo de Maselko y Smanski en Nature Communications en octubre.

En la conferencia, Maselko debatirá el progreso del equipo hacia la ingeniería de una especie sintética de la mosca de la fruta, utilizando un gen de desarrollo llamado “sin alas” como veneno. El trabajo pronto comenzará en plantas, mosquitos, nematodos y pez cebra, dice Maselko, quien, con Smanski, ha solicitado patentar el enfoque.

Un contador a la invasión

Una especie sintética también podría usarse para competir y controlar especies indeseables que propagan enfermedades o dañan los ecosistemas. En otra contribución a la conferencia, el colega de Maselko, Siba Das, también en la Universidad de Minnesota, presenta un modelo matemático que muestra cómo la especiación sintética podría combatir la carpa invasiva, que ha devastado ríos y lagos en Minnesota y otros estados del centro de Estados Unidos, reemplazando la especies invasivas.

Sin embargo, las modificaciones genéticas que detienen el cruce sexual, el veneno y el antídoto, podrían conllevar un alto costo de adecuación evolutiva, dice Omar Akbari, biólogo molecular de la Universidad de California en San Diego. La enzima Cas9 no siempre reconoce su gen deseado y podría aumentar la actividad de otros genes. Tales «efectos fuera del objetivo» podrían minar la salud de los organismos modificados. Cualquier impacto que afecte el bienestar potencial de los organismos, añade Akbari, debería ser fácil de detectar en experimentos de laboratorio con moscas de la fruta. «No estoy seguro de si esto generará una cepa adecuada para competir en la naturaleza», dice Akbari.

Gould está de acuerdo en que será difícil diseñar barreras reproductivas sin incurrir en costos evolutivos. Los científicos podrían superar este obstáculo liberando grandes cantidades de organismos modificados para aumentar las probabilidades de que una especie sintética supere a los organismos silvestres. Aun así, Gould, que está trabajando en otros enfoques genéticos para combatir las plagas, está entusiasmado de ver otra tecnología. «No me gustaría poner todos mis huevos en una sola canasta», afirma.

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