Archivo: Biotecnología
Dr. Gabriel Iturriaga de la Fuente / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Biól. Cecilia Zampedri Claudio / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro de Investigación en Biotecnología (CeIB-UAEM)
El agua constituye el 80 por ciento del volumen de los organismos. Unos de los problemas básicos de la célula es mantener constante su contenido de agua, en respuesta a los cambios del medio, tales como temperaturas extremas, salinidad o escasez de agua. Este problema tuvo que ser resuelto desde que se formaron las primeras células que habitaban los mares primitivos. A lo largo de la Evolución, los organismos han desarrollado distintas estrategias para contender con el estrés abiótico. La más común y que está presente en muchos organismos es la síntesis de compuestos osmóticamente activos que son compatibles con el metabolismo, y que permiten contender con el estrés ambiental. Generalmente los osmoprotectores son algunos aminoácidos o azúcares, que evitan que se congelen las células como en ciertas gusanos y musgos que habitan en el ártico; también le permiten resistir el exceso de sal a las algas unicelulares que habitan en el Mar Muerto; o bien que algunas plantas del desierto, larvas u hongos como la levadura del pan, puedan sobrevivir deshidratadas durante años y revivir al cabo de unas horas.
A estos organismos se les conoce como anhidrobiontes. Entre todas estas substancias osmoprotectoras la que más comúnmente se encuentra en los organismos de vida extrema es la trehalosa, la cual es un disacárido no reductor formado por dos moléculas de glucosa y fue descrita por Berthelot en el siglo XIX a partir de huevos del escarabajo Larinus, mismos que fueron utilizados en la medicina durante el imperio otomano y conocidos entonces como “trehala”, de ahí que Berthelot llamó al azúcar “trehalosa”. Aun hoy en día, en cierta época del año en el desierto del Sinaí es posible encontrar verdaderas nubes de estos escarabajos, por lo que se ha especulado que se podría tratar del maná bíblico que cayó del cielo.
La trehalosa se encuentra de forma natural en muchos de los alimentos consumidos en la dieta del ser humano desde hace siglos, como son los hongos, el pan, la miel, el vinagre, la cerveza y el vino. Además, existen una gran cantidad de reportes donde se describe la preservación de células vegetales o animales a las que se les agrega trehalosa y se pueden mantener deshidratadas y viables durante varios meses a temperatura ambiente. No sería extraño que en el futuro la trehalosa permitiera trasportar en viajes interestelares a distintos organismos, incluidos humanos, en vida latente para ser rehidratados al llegar a su destino.
La planta de “resurrección” Selaginella lepidophylla es uno de los anhidrobiontes más conocidos, que también recibe el nombre común de “doradilla” o “flor de roca” y donde la trehalosa se acumula a concentraciones del 10 al 20%. Tiene un uso medicinal desde tiempos precolombinos y se describe en el códice Cruz-Badiano de la medicina azteca. En la actualidad la podemos encontrar en los mercados en los puestos de medicina naturista y los hierberos recomiendan a esta planta para curar padecimientos del riñón tomándola en una infusión. Aún hoy en día, se siguen encontrando usos médicos para la trehalosa, como son la curación de enfermedades graves como la osteoporosis y la enfermedad congénita de Huntington. En ambas, la trehalosa ayuda a reestablecer la estructura de las células y proteínas dañadas.
La trehalosa es un azúcar insípido, transparente y que puede reemplazar al agua de los organismos, preservando las estructuras de la célula intactas a pesar de la ausencia del líquido. En condiciones de deshidratación, la trehalosa es capaz de estabilizar y proteger estructuras celulares como membranas y proteínas, lo que permite a los organismos anhidrobiontes sobrevivir después de ciclos de deshidratación-rehidratación. Hace unos años un biólogo inglés estudiando unos musgos en el herbario del museo de Historia Natural de Londres colectados en el siglo XIX, cometió la torpeza de derramar agua sobre la planta. ¡Cual no sería su sorpresa (y nuestra) que de pronto empezaron a caminar varios animales minúsculos después de 120 años de estar deshidratados! Estos organismos eran el “osito de agua” del grupo de los tardigrados y algunos rotíferos.
Por cierto, cabe recordar que en el siglo XVIII fue Leeuvenhoek, el inventor del microscopio, el primero en describir el fenómeno de la anhidrobiosis. En una de sus primeras observaciones, tomo polvo del techo de su casa y después de ponerle unas gotas de agua observó que unos animalillos empezaron a moverse. Fueron más de 100 años después que el naturalista ingles Hooker, describió a la Selaginella lepidophylla entre la flora encontrada en México y su capacidad de revivir en horas después de estar en contacto con el agua. Sin embargo, las bases científicas de la anhidrobiosis tuvieron que esperar el final del siglo XX.
En nuestro laboratorio fuimos los primeros en aislar un gen responsable de la síntesis de trehalosa de una planta y decidimos hacerlo a partir de S. lepidophylla. En ese trabajo demostramos que la “doradilla” contiene un gen muy activo en la producción de trehalosa al introducirlo en levaduras o en plantas transgénicas.
El cambio climático por la contaminación ha generado una creciente desertificación y reducción de las áreas de cultivo que se incrementan año con año, y plantea un reto que es urgente resolver. Una alternativa sería disponer de cultivos resistentes a la sequía, salinidad, o temperaturas extremas. Sin embargo, durante años los agrónomos han tratado de mejorar genéticamente la tolerancia a sequía sin éxito en diversos cultivos.
En años recientes se han realizado experimentos en varios países que demuestran que la trehalosa puede ser sintetizada en otras plantas además de las de resurrección. Estos trabajos, incluido el nuestro, fueron realizados en plantas transgénicas con el objetivo de conferir tolerancia al estrés por deshidratación. Se han obtenido plantas de Arabidopsis, tabaco, papa, alfalfa, crisantemo, tomate y arroz que expresan los genes de síntesis de trehalosa provenientes ya sea de planta, levadura o bacteria. Estas plantas son capaces de soportar una deshidratación total y mantenerse durante semanas en ese estado. Si se riegan de nuevo las plantas al cabo de este tiempo, se recuperan totalmente. En nuestro laboratorio, modificamos el gen de la biosíntesis de trehalosa de manera que las plantas transgénicas también resisten concentraciones muy altas de sal y temperaturas extremas. En la actualidad estamos llevando a cabo experimentos de transgénesis en otros cultivos que podrían tener un gran impacto en la agricultura, sobretodo en la de temporal que constituye el 75% en nuestro país y aqueja a los agricultores más pobres.
El Dr. Gabriel Iturriaga de la Fuente es biólogo por la Facultad de Ciencias de la UNAM), M. en C. por el CINVESTAV-Zacatenco), Ph.D. (University of Cambridge), posdoctoradom en el Max-Planck Institut. Profesor investigador titular de tiempo completo en el CEIB-UAEM. Investigador SNI nivel II. Fue reconocido con el Premio en Biotecnología Agrícola de AgroBIO México en 2005. Además es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias y de la Academia de Ciencias de Morelos.
Cecilia Zampedri Claudio es biotecnóloga por la Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas de Universidad Nacional de Rosario, Argentina, actualmente es estudiante de Maestría del CEIB-UAEM.