Aplicaciones de la biotecnología vegetal

Toda la información:

Aplicaciones de la biotecnología vegetal

La biotecnología vegetal es una rama de la biotecnología que se centra en el uso de organismos vivos para mejorar la producción agrícola y la sostenibilidad ambiental. La biotecnología vegetal tiene una amplia gama de aplicaciones, que incluyen:

Mejorar el rendimiento: Las plantas transgénicas se pueden desarrollar para ser más productivas, produciendo más frutos o granos por planta. Esto puede ayudar a los agricultores a aumentar los rendimientos y satisfacer la creciente demanda de alimentos.
Mejorar la resistencia a las plagas y enfermedades: Las plantas transgénicas se pueden desarrollar para ser resistentes a plagas y enfermedades, lo que reduce la necesidad de pesticidas. Esto puede ayudar a proteger el medio ambiente y la salud humana.
Mejorar la calidad nutricional: Las plantas transgénicas se pueden desarrollar para tener un mayor contenido de nutrientes, como vitaminas y minerales. Esto puede ayudar a mejorar la nutrición de las personas.
Desarrollar nuevas variedades de plantas: La biotecnología vegetal se puede utilizar para desarrollar nuevas variedades de plantas con características mejoradas. Esto puede ayudar a los agricultores a adaptarse a los cambios en el clima y el medio ambiente.

Ejemplos de aplicaciones de la biotecnología vegetal

Algunos ejemplos de aplicaciones de la biotecnología vegetal incluyen:

Plantas transgénicas resistentes a la sequía: Estas plantas pueden ayudar a los agricultores a cultivar cultivos en zonas secas.
Plantas transgénicas resistentes a las enfermedades: Estas plantas pueden ayudar a los agricultores a proteger sus cultivos de enfermedades.
Plantas transgénicas con un mayor contenido de nutrientes: Estas plantas pueden ayudar a mejorar la nutrición de las personas.
Plantas transgénicas con un sabor mejorado: Estas plantas pueden ayudar a los agricultores a satisfacer las preferencias de los consumidores.

Desafíos de la biotecnología vegetal

La biotecnología vegetal también plantea algunos desafíos, como:

Contaminación genética: La contaminación genética es la transferencia de genes de plantas transgénicas a plantas no transgénicas. La contaminación genética puede ser un problema si los genes transgénicos se transfieren a plantas silvestres, lo que podría tener un impacto negativo en el medio ambiente.
Aceptación social: La biotecnología vegetal es un tema controvertido, y algunas personas tienen preocupaciones sobre los posibles riesgos de las plantas transgénicas.

Conclusión

La biotecnología vegetal tiene un gran potencial para resolver algunos de los principales desafíos a los que se enfrenta la agricultura. Sin embargo, es importante abordar los desafíos de la biotecnología vegetal para garantizar que se utilice de forma segura y sostenible.

La biotecnología vegetal tiene una amplia gama de aplicaciones que abarcan desde la mejora de cultivos hasta la producción de medicamentos y la conservación de la biodiversidad. A continuación, se presentan algunas de las principales aplicaciones de la biotecnología vegetal:

Cultivos transgénicos: Los cultivos genéticamente modificados se han desarrollado para resistir plagas, enfermedades y condiciones climáticas adversas. Algunos ejemplos incluyen el maíz Bt, que produce una toxina que repele a los insectos, y los cultivos resistentes a herbicidas, que pueden crecer en presencia de herbicidas específicos.
Biofortificación: La biotecnología vegetal se utiliza para desarrollar cultivos enriquecidos con nutrientes esenciales, como arroz dorado, que contiene vitamina A, o bananos biofortificados, que contienen más vitamina C y hierro. Estos cultivos pueden ayudar a abordar deficiencias nutricionales en poblaciones vulnerables.
Producción de proteínas recombinantes: Las plantas se pueden utilizar como sistemas de expresión para producir proteínas recombinantes, como vacunas, anticuerpos y enzimas terapéuticas. Esto facilita la producción a gran escala de productos biotecnológicos.
Mejora de la calidad de los alimentos: La modificación genética puede mejorar la calidad de los alimentos al reducir la presencia de sustancias no deseadas, como alérgenos o compuestos tóxicos, y al aumentar la frescura y durabilidad de los productos agrícolas.
Producción de biomateriales: Las plantas se utilizan para producir biomateriales, como bioplásticos, fibras y materiales de construcción sostenibles. Esto reduce la dependencia de los recursos no renovables y disminuye la huella de carbono.
Conservación de la biodiversidad: La biotecnología vegetal se emplea para la conservación de especies raras o en peligro de extinción mediante la propagación in vitro y la conservación de germoplasma.
Mejora de la resistencia al estrés abiótico: Se investiga la modificación genética de plantas para que sean más resistentes a factores de estrés abiótico, como sequías, salinidad y temperaturas extremas, con el fin de aumentar la resiliencia de los cultivos frente al cambio climático.
Fitoremediación: Algunas plantas se utilizan para la remediación de suelos contaminados con metales pesados y compuestos tóxicos. Estas plantas pueden acumular y desintoxicar contaminantes del suelo.
Mejora de la eficiencia en el uso de recursos: La biotecnología se emplea para desarrollar cultivos que utilizan de manera más eficiente el agua y los nutrientes, lo que es esencial en regiones con escasez de recursos.
Investigación básica y modelado genético: Las plantas se utilizan como modelos para comprender mejor la genética y la biología molecular, lo que contribuye a avances en la investigación científica en general.

Estas aplicaciones muestran cómo la biotecnología vegetal puede tener un impacto significativo en la agricultura, la alimentación, la medicina y la conservación del medio ambiente, contribuyendo al desarrollo sostenible y la mejora de la calidad de vida. Sin embargo, es importante abordar los aspectos éticos y regulatorios para garantizar un uso responsable y seguro de estas tecnologías.

Control de enfermedades

Podemos conseguir un control de las enfermedades gracias a numerosas técnicas:

Cultivo in vitro: por el que se puede proteger a especies cercanas a través de cruzamientos convencionales y por retro cruzamiento podemos quedarnos solo con el gen deseado.
Creando resistencia a hongos mediante la sobreexpresión de los genes que son tóxicos para el patógeno, genes que neutralicen sus componentes, mejoren las defensas estructurales, participen en las vías de señalización de las defensas, es decir, que preparen con anterioridad a la planta para la llegada del patógeno, genes que sean de resistencia.
Obteniendo resistencia a las bacterias: se introducen los genes que produzcan enzimas que maten a la bacteria. También lo podemos conseguir haciendo a la planta insensible a la toxina bacteriana. Aumentando sus defensas naturales por sobreexpresión de genes o provocando una muerte celular artificial en el sitio de la infección.
Debemos asegurar la resistencia a virus gracias a, aparte de las técnicas tradicionales de tratar con insecticidas e insertar genes de resistencia, a la sobreexpresión mediada por :
- proteínas, que generan resistencia a virus Cápsida viral (CP)Replicases virales (RP), Proteínas de movimiento (MP);
- RNA, Silenciamiento génico postranscripcional (PTGS). También podemos obtener resistencia por la inclusión de genes no virales
- Incluyendo genes no virales: anticuerpos antivirales, proteínas inhibidoras del ribosoma (RIPs) o genes R de resistencia natural.
Otra de las soluciones posibles es producir plantas libres de virus, cultivando meristemos, ya que este no suele estar infectado con el virus, porque su sistema vascular no está muy desarrollado y el virus no puede viajar por su floema o xilema y porque tienen una alta tasa metabólica que impide la infección.
También podemos aplicar técnicas de termoterapia, quimioterapia o electroterapia que erradican o por lo menos disminuyen la concentración del virus, pero no erradican completamente la infección.
Otra de las formas de evitar el daño a la planta es el Control de plagas control de las plagas:
- Mediante insecticidas tradicionales, genes de resistencia a las bacterias ( por ejemplo, célula de Bacillus thuringiensís esporulante), genes de resistencia a animales (inhibidores de proteasas, colesterol oxidasa, quitinosas…), de resistencia a plantas (inhibiendo sus enzimas digestivas o mediante lectinas), expresando ciertos genes de virus de insectos en plantas para que las proteja de ese insecto, mediante liberación de hormonas que repelan al insecto o atraigan a los depredadores de estos (aunque tiene algunos problemas medioambientales).
- Controlando las malas hierbas gracias a herbicidas.

Tolerancia al estrés abiótico

Las plantas son sometidas frecuentemente a estrés debido a condiciones desfavorables en el ambiente físico o químico con las que intentan sobrevivir mediante diferentes respuestas. Sin embargo, nosotros podemos favorecer esa tolerancia gracias a la biotecnología:

haciendo que produzcan más solutos compatibles beneficiosos para la planta
mediante la sobreexpresión de proteínas LEA(Late Embryogenesis Abundant) que generan más resistencia,
controlando la bomba de NA+/H+ intentando reducir el incremento del Na+ que es el que provoca el estrés
cambiando las propiedades de las membranas (las más resistentes son las que tienen mayor composición de grasos insaturados con dobles enlaces) para que toleren mejor las bajas temperaturas
Expresando genes que codifiquen proteínas que actúan como anticongelantes (gen de la AFP)

Fitorremediación

Gracias a la capacidad de las plantas de absorción de sustancias tanto esenciales como no esenciales, podemos llevar a cabo la fitorremediación, que consiste en el uso de plantas para degradar, asimilar, metabolizar o desintoxicar metales pesados, compuestos orgánicos y radiactivos de ambientes contaminados por Cr, Cu, Fe, Ni, Zn, Pb, combustibles, armas químicas, pesticidas y herbicidas, solventes orgánicos…

Existen diferentes tipos dependiendo de qué tipo de contaminación trate y el proceso por el que la elimine: fitoestabilización, fitoestimulación, fitovolatilización, fitodegradación.

Las ventajas de esta práctica son su bajo costo y su rapidez comparada con la realizada por microorganismos, se puede implantar en grandes extensiones y genera pocos residuos.

Sin embargo el proceso se limita a la profundidad de la penetración de las raíces de las plantas y que a veces, si el área está muy contaminada el proceso no puede producirse. También hay que tener en cuenta que los contaminantes no deben pasar al siguiente nivel de la cadena trófica.

Producción de compuestos de interés industrial

Si se quiere producir compuestos que son demandados por la sociedad actual, podemos modificar:

El metabolismo, mediante manipulación genética para producir más o menos cantidad de producto deseado, aumentando o disminuyendo el flujo de la ruta biosintética, del catabolismo o del número de células productoras.
Las rutas metabólicas, mediante ingeniería genética: sobreexpresando los genes de enzimas de biosíntesis de ese compuesto, importando un gen de otra especie, haciendo una reacción unidireccional para evitar que los compuestos se desvíen por otra rama, o por el contrario una reacción para que los productos de las ramificaciones vuelvan a la vía deseada, o sobreexpresando factores de transcripción que aumenten la expresión.

Por ejemplo, de los hidratos de carbono obtenemos celulosa, almidón, azúcares que utilizamos para papel, textiles, cartón, fármacos, pinturas, plásticos, cosméticos, biocombustibles…

Producción de metabolitos secundarios

Los metabolitos secundarios son metabolitos que regulan las relaciones de la planta con el medio que le rodea. En esta tabla encontramos algunos ejemplos:

Nombre	Tipo	Origen	Uso terapéutico
Codeína, morfina	Alcaloide	Papaver somniferum	Analgésico
Nicotina	Alcaloide	Nicotiana spp	Terapia antitabaco
Quinina	Alcaloide	Chinchona spp	Antimalárico
Taxol	Diterpenos	Taxus brevifolia	Antitumoral
Digoxinas	glicósidos esteroidales	Digitales spp	Cardiotónico
Sennósidos A y B	Antracenos	Cassia angustifolia	Laxante

Estos metabolitos tienen interés comercial ya que determinan la calidad de alimentos (color, sabor y aroma) y la calidad de las plantas ornamentales (color y aroma). Son utilizados en la producción comercial de colorantes, fragancias e insecticidas y se usan en medicina con actividad antioxidante y antitumoral. Por ejemplo el tomate con más aroma (debido al s-linalol), la menta con más aroma y gusto (supresión de la expresión del enzima mentofurano sintetasa), aumento de provitamina A en arroz que solucionaría la ceguera, xeroftalmia y muerte de millones de personas.

Otro ejemplo puede ser el desarrollo de las líneas de Golden Rice que contiene muchos β-carotenos (precursor de la provitamina A), ayudan a la síntesis de flavonoides que poseen muchos antioxidantes, antitumorales, antiarterioescleróticos y antiinflamatorios. También se modifica genéticamente el color de las flores para ornamentación.

En alcaloides podemos modificar la síntesis de estos, por ejemplo en Atropa Belladona, que acumula gran cantidad de hiosciamina que produce escopolamina, de gran interés en medicina ya que es un importante anticolinérgico. También podemos investigar con las plantas para obtener café con bajo nivel de cafeína para obtener descafeinado o incluso conseguir que las plantas de tabaco produzcan cafeína transformándolas con las tres metiltransferasas.

Plantas como biorreactores

Buscamos modificar plantas para usarlas como factorías de aditivos alimentarios, biopolímeros (algodón, lino, bioplásticos y biopolímeros proteínicos),producción de péptidos recombinantes con interés biofarmacéutico para la síntesis de vacunas y anticuerpos, producción de enzimas aplicables a la industria textil, papelera, piensos…

Los sistemas que se utilizan para la producción de proteínas recombinantes a gran escala son los cultivos de bacterias, levaduras y células animales.

Esta actividad tiene una serie de ventajas: permiten una alta producción de biomasa, existe la posibilidad de fácil conservación, transporte y distribución ya que las proteínas recombinantes se almacenan en semillas y tubérculos, lo que supone un coste más bajo. Tampoco implican riegos de contaminación con patógenos animales o toxinas microbianas. Si se quiere aumentar la escala de producción es sencillo y barato.

A pesar de todo esto también encontramos inconvenientes para su aplicación ya que existe la posibilidad de contaminación genética por parte de otras plantas con las que los cultivos modificados genéticamente coexisten, o que aparezcan pesticidas como resultado del metabolismo secundario…

Las estrategias tecnológicas para optimizar la obtención de proteína recombinantes en plantas deben cumplir tres premisas:

Aumentar los niveles de expresión: buscaremos la síntesis más óptima e inhibiremos la degradación del producto.
Disminuir los costos de purificación, paso que encarece el proceso.
Conseguir un producto de características idénticas al sintetizado en el sistema de origen, (humanizar el producto).