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Científicos “enhebran una nano-aguja” que modifica fácilmente los genes de las plantas

Representación artística que muestra un nanotubo de carbono en forma de aguja que entrega ADN a través de la pared de una célula vegetal. También puede ser posible usar este método para inyectar una herramienta de edición de genes llamada CRISPR, con el objetivo de alterar las características de una planta para su mejoramiento. Cortesía de Markita Landry

Insertar o modificar genes en las plantas es más arte que ciencia, pero con una nueva técnica desarrollada por la Universidad de California (Berkeley), los científicos podrían hacer que la ingeniería genética de cualquier tipo de planta (en particular, la edición de genes con CRISPR-Cas9) sea simple y rápida.

¿Hay alguna manera eficiente de jugar con los genes de las plantas? Ser capaz de hacer eso haría que el cultivo de nuevas variedades de plantas de cultivo sea más rápido y más fácil, pero descubrir exactamente cómo hacerlo ha dejado perplejos a los científicos de las plantas durante décadas.

Ahora los investigadores pueden haberlo descubierto.

Modificar la genética de una planta requiere obtener ADN de sus células. Es bastante fácil de hacer con las células animales, pero con las plantas es un asunto diferente.

“Las plantas no solo tienen una membrana celular, sino también una pared celular”, dice Markita Landry, profesora asistente de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de California en Berkeley.

Los científicos han intentado diferentes formas de obtener ADN y otras moléculas biológicas importantes a través de la pared celular. Las dos principales son insertando ADN dentro de bacterias que pueden infectar células de la planta (y traspasarles ese nuevo ADN insertado en la bacteria), o disparando balas microscópicas de oro recubiertas con ADN en la célula de la planta mediante una pistola de genes .

Ambos métodos tienen limitaciones. Las pistolas genéticas no son muy eficientes, y algunas plantas son difíciles, si no imposibles, de infectar con bacterias.

Los investigadores de UC Berkeley han encontrado una forma de hacerlo utilizando algo llamado nanotubos de carbono: tubos de carbono largos y rígidos que son realmente muy pequeños. A Landry se le ocurrió la idea, y lo curioso es que ella no es ni ingeniera en nanotecnología ni bióloga de plantas.

“Soy una física”, dice Landry. “Cuando comencé mi laboratorio en Berkeley hace dos años, mi laboratorio se enfocaba exclusivamente en imágenes entre células”.

Markita Landry, profesora asistente de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de California en Berkeley, tuvo la idea de usar nanotubos de carbono para llevar el ADN a las células vegetales.

Ella planeaba usar los nanotubos de carbono como una clase de andamiaje externo alrededor de las células para que sea más fácil ver lo que estaba pasando entre ellas. “Este fue un proyecto que fracasó bastante fuerte y muy rápido, porque en lugar de permanecer fuera de las células de la planta como habíamos supuesto, estos nanotubos iban directamente adentro de las células”, dice Landry.

Así que en el espíritu de los gurús de la gestión corporativa, convirtió un problema en una oportunidad.

“Lo volteamos y lo convertimos en una plataforma de entrega de ADN”, dice ella.

Una hebra de ADN es lo suficientemente pequeña como para deslizarse a través de la pared celular de la planta, pero no es lo suficientemente rígida. “Puedes pensarlo como una cuerda floja”, dice Landry. “Si intentas empujar una cuerda floja a través de una esponja, realmente no va a funcionar, pero si tomas una aguja sólida y tratas de empujarla a través de una esponja, eso funcionará mucho mejor”.

Adjuntar el ADN al nanotubo de carbono te da esa nano aguja. Pero ese ADN solo afecta a la célula única y dura unos pocos días antes de que se degrade. Para realizar un cambio permanente, debe afectar el genoma de la planta utilizando una herramienta de edición de genes como CRISPR.

Landry dice que también podría ser posible usar nanotubos para entregar el sistema CRISPR a la célula. Una vez dentro de una célula, por ejemplo, de un manzano, CRISPR podría, por ejemplo, desactivar un gen que causa la oxidación o pardeamiento en las manzanas.

“Terminaríamos con un manzano cuyas manzanas no se tornan color marrón cuando las cortas”, dice Landry.

La idea de utilizar nanotubos de carbono para obtener ADN en las células vegetales es intrigante para algunos científicos, pero “creo que tienen algunas maneras de hacerlo realmente interesantes”, dice Laura Bartley, profesora asociada de biología vegetal en la Universidad de Oklahoma.

Bartley afirma que será importante mostrar que el método funciona en diferentes variedades de plantas, además de las dos que Landry describe en un estudio reciente en Nature Nanotechnology: la rúcula y el trigo. Pero está impresionada de que el nuevo enfoque parece ser capaz de entregar ADN en plantas de pasto de cereal como el trigo.

“Si funciona de la manera que ellos piensan, puedo imaginar a muchas personas que quieren usar esto”, dice Bartley.

De hecho, dice que está pensando en probar el invento en su trabajo con plantas de cereales.

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