Producción de Proteínas a Gran Escala mediante Expresión Transitoria
Para producir una proteína a gran escala en una planta, se utiliza la expresión transitoria mediante agroinfiltración. Este proceso consiste en la expresión temporal de un gen introducido en células vegetales sin integración estable en el genoma, lo que permite una producción rápida y eficiente de proteínas recombinantes sin modificar la línea germinal de la planta.
El Proceso de Agroinfiltración
La agroinfiltración es un método de transferencia indirecta de genes que aprovecha la capacidad natural de Agrobacterium tumefaciens para transferir el T-DNA a células vegetales. En este sistema se emplean cepas desarmadas de Agrobacterium que portan un vector binario con el gen de interés bajo el control de un promotor vegetal. La suspensión bacteriana se introduce en el apoplasto de las hojas, sustituyendo el aire de los espacios intercelulares, lo que permite que la bacteria tenga acceso a un gran número de células y que la transferencia del T-DNA sea altamente eficiente.
Nicotiana benthamiana como Modelo Biotecnológico
Como planta hospedadora se utiliza habitualmente Nicotiana benthamiana, una especie modelo en biotecnología vegetal debido a:
- Su rápido crecimiento y facilidad de manejo.
- Su alta producción de biomasa.
- Su elevada capacidad para la expresión transitoria.
- Presentar un sistema de silenciamiento génico poco activo.
Metodología y Escalado Industrial
El procedimiento clave consiste en el cultivo de Agrobacterium tumefaciens portadora del plásmido con el gen de interés, seguido de su resuspensión en un medio de inducción que contiene acetosiringona, la cual activa los genes del operón vir necesarios para la transferencia del T-DNA. Posteriormente, la suspensión bacteriana se infiltra en las hojas de la planta.
Para la producción a gran escala se emplea la agroinfiltración al vacío, en la que las plantas se sumergen en la suspensión de Agrobacterium y se aplica vacío para eliminar el aire del apoplasto. Al liberar el vacío, la suspensión bacteriana penetra de forma homogénea en el tejido foliar, aumentando el rendimiento y permitiendo su escalado industrial. Tras la agroinfiltración, la expresión del transgén se produce en pocos días, alcanzándose el máximo entre los días 6 y 10. Finalmente, el material vegetal se recolecta para la extracción y purificación de la proteína recombinante.
Este sistema permite obtener altos rendimientos, del orden de gramos de proteína por kilogramo de hoja fresca, con bajo coste, rapidez y seguridad ambiental, constituyendo una de las plataformas más eficaces para la producción de proteínas recombinantes en plantas.
Soluciones Biotecnológicas ante Plagas y Herbicidas
Ante la aparición de una plaga de insectos o problemas graves asociados al uso de herbicidas, una solución eficaz es el desarrollo de cultivos transgénicos de primera generación mediante biotecnología agrícola.
Cultivos Transgénicos Resistentes a Insectos (Tecnología Bt)
En el caso de una plaga de insectos, una estrategia ampliamente utilizada es la generación de plantas transgénicas resistentes mediante genes de Bacillus thuringiensis (Bt). B. thuringiensis es una bacteria del suelo que produce toxinas insecticidas (toxinas Cry) específicas para determinados grupos de insectos.
Mediante ingeniería genética, el gen que codifica la toxina Bt se introduce en el genoma de la planta, de forma que la propia planta produce la proteína insecticida. El mecanismo de acción es el siguiente:
- La larva del insecto se alimenta del tejido vegetal.
- La toxina se activa en el intestino alcalino del insecto.
- Es procesada por proteasas específicas y se une a receptores del epitelio intestinal.
- Se forman poros que provocan la lisis celular y la muerte del insecto.
Esta estrategia permite una protección continua del cultivo, reduce el uso de insecticidas químicos y es segura para humanos y otros organismos no diana.
Cultivos Tolerantes a Herbicidas de Amplio Espectro
Para el control de malas hierbas, se han desarrollado cultivos tolerantes al glifosato o al glufosinato. El glifosato actúa inhibiendo la enzima EPSPS, clave en la ruta del shikimato, esencial para la síntesis de aminoácidos aromáticos en plantas.
Los cultivos transgénicos tolerantes al glifosato se obtienen introduciendo un gen bacteriano que codifica una forma de EPSPS resistente al herbicida o una enzima capaz de degradarlo. De forma similar, los cultivos tolerantes al glufosinato expresan una enzima bacteriana que detoxifica la fosfinotricina. Esto permite aplicar un único herbicida de amplio espectro durante el crecimiento del cultivo, eliminando las malas hierbas sin dañar la planta de interés.
Gestión de Resistencias y Sostenibilidad
Para evitar la aparición de resistencias, es necesario implementar medidas de manejo como el establecimiento de zonas refugio de cultivos no transgénicos, que reduzcan la presión selectiva sobre insectos o malas hierbas. En conjunto, estas estrategias biotecnológicas permiten controlar eficazmente plagas y malezas, aumentar el rendimiento agrícola y reducir el impacto ambiental del uso intensivo de agroquímicos.