Unidad de Transformación Genética y Cultivo de Tejidos Vegetales
Dr. Adán Guerrero Cárdenas y M. en C. Carlos A. González Chávez
La Unidad de Transformación Genética y Cultivo de Tejidos Vegetales (UTGyCTV) del IBt da servicio y desarrolla experimentos de manipulación y transformación genética, así como de micropropagación de diversas especies vegetales que apoyan la investigación científica básica y aplicada de los investigadores.
En la UTGyCTV se estudian plantas silvestres y modificadas genéticamente. Se les proporciona luz, nutrientes, temperatura y humedad controladas, para después, procesar distintas partes como hojas, tallos, frutos, y raíces en las que se estudia su desarrollo, sus requerimientos específicos, así como la producción de algunos productos metabólicos particulares propios de la especie estudiada y de la transformación genética realizada.
Uno de los organismos más estudiados, es una planta pequeña, de unos 15 cm de alto, llamada Arabidopsis thaliana, que es pariente de la col y del brócoli. Arabidopsis se emplea como modelo de investigación desde hace décadas, debido a que presenta muchas ventajas que facilitan el trabajo experimental. Por ejemplo, el genoma de algunas variedades de Arabidopsis está completamente secuenciado, lo que permite la comparación entre diferentes mutantes en búsqueda de características específicas. Adicionalmente existe una amplia gama de plantas mutantes en esta especie.
La UTGyCTV cuenta con el equipo y la metodología que permite transformar a las plantas, esto es, en términos generales, su modificación genética con fines de investigación. Por ejemplo, si le mutamos a una planta un gen que participa en algún proceso del desarrollo de la parte aérea o de la raíz, entonces obtendremos información detallada sobre los mecanismos que permiten que las plantas se desarrollen más grandes y fuertes, o bien que sean resistentes y puedan desarrollarse bajo condiciones adversas como la sequía, la alta salinidad o los suelos contaminados (con pesticidas o aluminio, por ejemplo).
La Unidad está conformada por diferentes áreas, entre las que destacan un laboratorio experimental para el cultivo in vitro, ocho cuartos de crecimiento de plantas bajo condiciones controladas y cuatro salas de invernadero. La UTGyCTV posee cámaras bio-climáticas, con luz, humedad y temperatura controladas, donde se propagan cultivos sumergidos (esto es, en una suspensión líquida) de células de Arabidopsis con un fotoperiodo establecido, con agitación y en condiciones de esterilidad. En todos estos espacios se desarrollan cultivos confinados de plantas, es decir, en sistemas aislados que bloquean el acceso de organismos patógenos, y que a su vez evitan la dispersión al ambiente de elementos propios del cultivo.
En el laboratorio se preparan medios de crecimiento y se cultivan plantas in vitro: en cajas, en frascos, y en sistemas específicos y especializados. El objetivo del cultivo in vitro es proporcionar a las plantas las condiciones óptimas de crecimiento en condiciones de esterilidad. La manipulación se realiza en cámaras de flujo laminar que permiten resguardar las condiciones asépticas.
Cada cuarto de crecimiento tiene un sistema de ventilación que recircula aire y su diseño hermético restringe el acceso a insectos y microorganismos. Cuentan además con sistemas de iluminación con controles especiales para regular los ciclos de luz y obscuridad; todos los cuartos de crecimiento reciben 16 horas de luz y 8 de obscuridad, lo que favorece el crecimiento óptimo de las plantas. Hay cuartos semi-tropicales con temperaturas entre los 24 y 26°C, donde se cultiva frijol, arroz, maíz, tabaco y jitomate. Los cuartos de germinación de semilla, se mantienen en condiciones de calor y humedad adecuados y sobre todo en obscuridad. Se cuenta también con un cuarto a 21°C, que son las condiciones ideales para el crecimiento y propagación de Arabidopsis.
En el invernadero se crece piña, arroz, maíz, chile, agaves, cactáceas, y frijol. En el caso de la piña hay un interés particular en la planta, más que en el fruto, debido a que hay muchos aspectos de su biología que aún no se entienden. Las plantas de piña son trópicas, es decir, se pueden generar nuevas plantas a partir de un conjunto de células que se encuentran en la punta de crecimiento de las hojas. Lo anterior implica que no se requiere un ciclo completo de producción de semillas para lograr obtener nuevas plantas. Además de esto, es posible seleccionar los especímenes con características particulares para propagar rasgos genéticos deseados.
El frijol es un modelo de investigación extraordinario y ampliamente estudiado en el Departamento de Biología Molecular de Plantas del IBt. En el invernadero se cultivan catorce variedades de frijol: incluyendo el Negro Jamapa, Bayo Madero, Pinto Saltillo, Pinto Villa. Ya que a la fecha no es fácil modificar genéticamente el frijol (con la misma facilidad que se transforma Arabidopsis), se busca entonces estudiar nuevas variantes de frijol a partir de semillas silvestres provenientes de diferentes partes del Norte, Bajío y Sur de México. Los investigadores responsables de este proyecto están interesados en conocer cómo se comportan inter-específicamente estas especies de frijol, evaluar sus características genéticas, las morfológicas y cuando sea posible, realizar la transformación genética de la planta.
En otras áreas del invernadero se cultivan plantas que requieren mucha humedad relativa, o aquellas capaces de crecer en suelos contaminados, como los resultantes de derrames de hidrocarburos. También se cultivan plantas propias de ambientes áridos como son los agaves y cactáceas.
En la unidad se diseñan metodologías propias; por ejemplo, se elaboran distintos tipos de cultivos sumergidos (en una suspensión líquida) de plantas que se emplean para estudiar el ADN y proteínas de éstas sin necesidad de tener organismos (la planta) completos. Los cultivos líquidos (suspendidos) de células de la planta representan una herramienta noble, plástica y rápida que permite generar gran cantidad de información en poco tiempo. La desventaja de éstos es que las células no tienen la misma especialización de aquellas que forman parte de los tejidos de las plantas. No obstante, las células de los cultivos en suspensión líquida tienen la capacidad de formar una planta nueva, es decir son totipotentes. Para poder regenerar plantas a partir de células transformadas creciendo en cultivos líquidos, las células se aíslan y crecen en condiciones de laboratorio específicas, donde forman unas estructuras esponjosas denominadas callos. Las plantas completas se originan a partir de estos callos por un proceso llamado organogénesis in vitro. La organogénesis in vitro se puede llevar a cabo con casi todas las plantas, siempre y cuando se tengan los protocolos experimentales adecuados.
La UTGyCTV cuenta con el personal profesional que apoya en el diseño y ejecución de los experimentos que el usuario necesita, brinda servicio a distintas instituciones de investigación como la UNAM, la UAEM, LANGEBIO y el CINVESTAV. Al ser una Unidad de servicio está abierta para recibir a estudiantes que quieran realizar prácticas profesionales y servicio social. Los estudiantes de servicio social apoyan en la implementación de metodologías de transformación, en el crecimiento y selección de plantas silvestres y transformadas genéticamente, plantas in vitro e invernadero, entre muchas otras actividades.
En la UTGyCTV no se utilizan insecticidas industriales, en su lugar, se aplican repelentes de insectos a base de extractos de cebolla, canela, y ajo. Los remanentes de plantas modificadas genéticamente se destruyen en una autoclave donde la temperatura inactiva todo desecho vegetal, incluyendo semillas y frutos. Los sustratos de crecimiento también son esterilizados.
Todas las actividades mencionadas son revisadas constantemente por las Comisiones de Bioseguridad y Bioética del IBt.
Contacto: M. en C. Carlos Alberto González Chávez, Responsable de la Unidad cachz@ibt.unam.mx