Cuando los ingenieros de cultivos de todo el mundo se reunieron en Londres a finales de octubre, sus objetivos de investigación eran ambiciosos: hacer que los cultivos de arroz utilizaran el agua de una forma más eficiente, que los cereales necesitaran menos fertilizantes y que la yuca fuese súper productiva impulsada por la fotosíntesis turboalimentada.

Los 150 asistentes al Taller del Consorcio de Ingeniería de Cultivos estaban llenos de ideas y rebosantes de dispositivos moleculares. Gracias a los avances en la biología sintética y la automatización, varios proyectos presumieron de tener más de 1.000 genes diseñados y otras herramientas moleculares listas para ser probadas en el cultivo que se desee. Pero ahí es donde a menudo aparecen los obstáculos: los métodos anticuados para generar plantas con genomas modificados –un proceso llamado transformación– son engorrosos, poco fiables y requieren de mucho tiempo.

Cuando se le preguntó cuáles eran las dificultades que enfrentaba el campo, el biólogo de desarrollo de plantas Giles Oldroyd, del Centro John Innes en Norwich, Reino Unido, tenía una respuesta lista: “Lo importante sería mejorar la transformación de las plantas”, dijo.

“Lo que todos estamos enfrentando es este problema de entrega», dice Dan Voytas, un biólogo de plantas en la Universidad de Minnesota, en Saint Paul. “Tenemos reactivos poderosos, pero ¿cómo los metemos en las células?”

Desde hace varias décadas se ha hecho difícil modificar los genomas de las plantas y luego regenerar una planta entera de unas pocas células transformadas. Las técnicas de edición del genoma, como CRISPR-Cas9, ofrecen la promesa de ingeniería de cultivos tan sofisticada que alguna vez habría sido impensable, por eso resulta aún más frustrante cuando los investigadores se enfrentan a un viejo obstáculo.

El 28 de septiembre, la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF, por sus siglas en inglés) reconoció esta frustración al anunciar que financiaría la investigación sobre mejores métodos de transformación. Ese enfoque es uno de los cuatro, en un nuevo programa de investigación genoma vegetal, que recibirá un total de $15 millones.

“Todo el mundo está de acuerdo en que realmente es el cuello de botella para la ingeniería del genoma”, dice Neal Stewart, un biólogo de plantas en la Universidad de Tennessee, en Knoxville, que co-organizó un taller de la NSF sobre la transformación de plantas, en noviembre pasado. “Y creo que hay suficiente interés ahora en tratar de encontrar maneras de arreglar el problema para los cultivos principales”.

Cultivos obstinados

Algunas plantas, como la diminuta arabidopsis (Arabidopsis thaliana), la “rata de laboratorio” de las plantas, se transforman fácilmente mediante una bacteria que puede añadir genes a los genomas de las plantas. Los investigadores insertan los genes que quieren probar en la bacteria (Agrobacterium tumefaciens) y luego fuerzan al microbio para que infecte las células reproductivas de la planta. Luego, cuando la planta produce descendencia, aparecen los nuevos genes en algunas de ellas.

Pero esto no funciona en muchos cultivos y el uso de la Agrobacterium desencadena un escrutinio extra de agencias gubernamentales, como el Departamento de Agricultura de Estados Unidos, porque es considerado como una plaga en los cultivos. Como alternativa, los investigadores pueden usar ‘pistolas de genes’ que disparan cuentas de oro con recubrimiento de ADN en las células vegetales. Esas células son entonces bañadas en hormonas de crecimiento y coaccionadas para regenerar una planta completa. Algunas plantas, como el maíz, ceden fácilmente a este tratamiento. Otros, como el trigo y el sorgo, no lo hacen.

Para las cosechas más tercas, regenerar la planta completa puede llevar meses de laborioso trabajo pues para el cultivo de las células se deben optimizar el ambiente de crecimiento y las concentraciones de hormonas. Las condiciones necesarias para el éxito varían no solo de un cultivo a otro, sino también entre plantas de la misma especie.

Los expertos en la transformación de plantas son una especie rara, dice Joyce van Eck, uno de esos especialistas en la Universidad de Cornell, en Ithaca, Nueva York. “Hay mucho arte en lo que hacemos”, dijo en el taller de Londres. “Es difícil encontrar gente con ese entrenamiento”.

A esto se suma la escasez de fondos para nuevos métodos, y que los investigadores dependen de técnicas con décadas de antigüedad.

Una mejor manera

Pero eso podría cambiar a medida que la búsqueda de nuevas alternativas aumenta. Stewart y sus colaboradores han desarrollado un robot que realiza una técnica ya establecida, llamada transformación de protoplastos, más rápida y con mayor precisión de lo que es posible a mano. El método utiliza enzimas para digerir la pared celular, facilitando a los investigadores la introducción de nuevos genes. Sin embargo, el problema de regenerar toda la planta permanece. Los investigadores utilizaron un enfoque similar, sin robots, para realizar la edición de genes con CRISPR-Cas9 en una variedad de plantas, entre ellas lechuga y arroz.

Sin embargo, los pasos del cultivo celular siguen siendo difíciles. Stewart dice que una persona en su laboratorio trabajó sin éxito durante dos años para transformar una hierba alta que utiliza para la investigación de biocombustibles. Pero la disminución del costo de las enzimas permite a los investigadores realizar más experimentos y la robótica mejora el rendimiento. Stewart está tan enamorado de su creación que ha compuesto una canción para ella. “Es nuestro bebé ahora”, dice.

Otros, como Fredy Altpeter de la Universidad de Florida, en Gainesville, están buscando una serie de genes que, al encenderse o apagarse, harían que las células vegetales sean más susceptibles a la transformación y regeneración. “Creo que conducirá a una aplicación mucho más amplia de esta tecnología y permitirá a las personas que no son expertos en el cultivo de células hacer esas mejoras”, dice.

Pero los investigadores no pueden permitirse el lujo de esperar esos desarrollos, dice Oldroyd. Su proyecto, que pretende desarrollar cereales que utilizan el nitrógeno del suelo de manera más eficiente, pasará a través de pruebas con cientos de transgenes utilizando los métodos antiguos y engorrosos. “Solo tenemos que ser pacientes”, dice.

Fuente: scientificamerican.com