“El método de edición del genoma no debe oponerse a los métodos de selección tradicionales. “Se trata de una herramienta bastante nueva”, destaca el director del laboratorio de resistencia al estrés de las plantas. Instituto Panruso de Investigación de Biotecnología Agrícola (VNIISB) Vasily Taranov. – Érase una vez los cirujanos que realizaban operaciones con un bisturí, luego aparecieron bisturíes, luego láseres. Opciones completamente diferentes estuvieron disponibles para la cirugía. Así que la ingeniería genética ofrece una herramienta con la que se puede tomar y mejorar algo, pero no anula ni reemplaza todo lo que se utilizaba anteriormente”.
El Instituto Panruso de Investigación de Biotecnología Agrícola (VNIISB) gestiona un laboratorio de resistencia al estrés de las plantas, cuyo trabajo se lleva a cabo en dos direcciones principales: la búsqueda de genes que determinen la resistencia de las plantas al estrés abiótico y biótico y la edición del genoma. de plantas cultivadas para aumentar su resistencia al estrés. El área de investigación de los científicos incluye patatas y hortalizas de campo abierto.
Hablamos con el director del laboratorio Vasily Taranov y la investigadora principal Marina Lebedeva sobre cuáles son las características y ventajas de las últimas tecnologías, qué resultados pueden lograr y para qué problemas de los productores agrícolas rusos los utilizan los científicos del laboratorio.
– Hoy se habla mucho de la necesidad de acelerar el proceso de selección. Se cree que el método de edición del genoma permite hacer esto. ¿Esto es cierto?
VERMONT.: Sería más correcto decir que los métodos biotecnológicos ayudan no tanto a acelerar la selección como a ampliar las capacidades de los científicos. El proceso de elaboración de una variedad sigue siendo bastante largo, ya que estamos hablando de plantas que tienen un ciclo de vida determinado.
Pero los especialistas pueden obtener resultados que serían extremadamente difíciles (si no imposibles) de lograr utilizando métodos de reproducción tradicionales.
Con la ayuda de la edición genómica, podemos introducir intencionadamente una mutación que afecte directamente a una característica específica de una variedad, manteniendo sin cambios el resto del complejo de rasgos económicamente valiosos.
ML: Imaginemos que queremos introducir un gen de resistencia de una patata silvestre en nuestra variedad cultivada utilizando métodos de cultivo tradicionales. Para ello, el criador realiza una serie de cruces del “salvaje” con determinadas líneas culturales. El problema es que, junto con el gen de resistencia, todos los demás genes "salvajes" se transfieren a la variedad, lo que suele ser extremadamente indeseable. La ingeniería genética le permite tomar/cambiar solo un gen deseado.
– Existe la opinión de que, a pesar de que el método de edición del genoma se conoce desde hace unos 10 años, todavía no ha dado resultados comerciales notables.
VERMONT.: Esto no es enteramente verdad. Las principales empresas de mejoramiento del mundo utilizan la edición del genoma y no la ocultan. Pero no sabemos qué hacen exactamente y qué resultados obtienen.
Los logros no se publicitan porque es más caro sacar al mercado una planta procesada mediante métodos de ingeniería genética que una obtenida de forma tradicional. Y a veces esto es simplemente imposible de hacer.
Al mismo tiempo, es muy difícil demostrar que se utilizó la edición del genoma para crear una variedad particular utilizando métodos existentes.
Durante la prueba, los especialistas buscarán una secuencia marcadora en el genoma del organismo; si está presente, la planta será reconocida como genéticamente modificada. Pero con la edición genómica no se introduce nada en el genoma, por lo que no se puede encontrar nada.
Los cambios a menudo afectan no sólo a un gen, sino a un lugar específico del gen, literalmente un nucleótido, una letra. Y los miles de millones de cartas restantes permanecen como estaban. Para determinar que una planta ha sido editada, es necesario leer su genoma completo, con una cobertura diez veces mayor que el estándar para eliminar el error. Nadie hará un análisis tan voluminoso y costoso, y el obtentor siempre puede decir que obtuvo la planta mediante mutagénesis o selección tradicional.
– M.L.: La edición del genoma en general, y especialmente la experiencia del uso de estas tecnologías en plantas, es una historia bastante reciente.
Sobre todo porque para cambiar una función es necesario saber qué exactamente y cómo editarla. Los rasgos de las plantas están determinados por genes, generalmente un conjunto de genes, entre los cuales se deben seleccionar objetivos adecuados para la edición. Pero dilucidar las funciones y la regulación de genes específicos que contribuyen a rasgos de interés requiere estudios complejos y, a menudo, prolongados. En comparación con los animales y los humanos, podemos decir que no conocemos muy bien muchos de los mecanismos moleculares de los rasgos de las plantas (por ejemplo, resistencia, productividad, etc.). Al mismo tiempo, los genomas de las plantas son más grandes y complejos, lo que no simplifica en absoluto la tarea. Sin embargo, ya se sabe mucho gracias a la investigación básica en biología vegetal, y cuanto más entendemos esto, más aumentan nuestras posibilidades de modificación.
Además, estamos hablando de un método que permite corregir determinadas características, pero no introducir nuevas variedades en el mercado, un trabajo que, a pesar de cierta aceleración, todavía lleva años.
– ¿Los biotecnólogos editan genes? ¿Cómo determinan la dirección real del trabajo (el propósito de la edición)?
VERMONT.: El biotecnólogo debe trabajar en conjunto con un mejorador exitoso del cultivo elegido e, idealmente, involucrar a otros productores especializados. El criador, junto con los agricultores, establece la tarea, el criador ayuda a seleccionar los genotipos adecuados. Nosotros, a nuestra vez, consultamos con bioquímicos y genetistas, pensamos qué podemos ofrecer sobre esta base (las características necesarias no siempre están suficientemente estudiadas desde un punto de vista biológico). Observamos lo que realmente podemos hacer, llevamos a cabo nuestra etapa de trabajo, devolvemos la línea resultante al obtentor y el obtentor aporta el resultado a la variedad.
– ¿Es la edición del genoma una tecnología costosa?
VERMONT.: El coste de obtener una planta depende del cultivo y de si la planta resultante es editada o transgénica.
Si hablamos de equipos, entonces para una empresa que ya se dedica a la obtención de material libre de virus y a la microclonación, la compra de equipos y reactivos para la edición del genoma costará una cantidad relativamente pequeña. El obstáculo para iniciar este tipo de trabajos puede que no sea la abrumadora cantidad de inversión, sino la falta de personal calificado. Hay muy pocas personas que puedan asumir y realizar una tarea tan especializada.
Y volviendo a los costes: el progreso tecnológico en este ámbito es muy rápido. Los métodos de edición del genoma, digamos, en 2012, cuando se descubrió CRISPR/Cas9 (una tecnología para editar los genomas de organismos superiores, basada en el sistema inmunológico de las bacterias), y los que tenemos ahora son muy diferentes. La eficiencia operativa aumenta año tras año y los costos disminuyen.
ML: Esto se puede comparar con el proyecto de secuenciación del genoma humano. El primer genoma humano fue secuenciado por un consorcio internacional durante 10 años por 2.7 millones de dólares simplemente porque esas tecnologías ya estaban disponibles en los años 90. Actualmente, secuenciar un genoma humano completo cuesta menos de 1000 dólares y lleva un par de días.
– Pasemos a hablar de su laboratorio, ¿está enfocado a ciencia fundamental o a investigación aplicada?
VERMONT.: Intentamos hacer ambas cosas. Al principio se dio prioridad a las cosas fundamentales, pero ahora estamos intentando aplicar nuestros avances en la práctica.
Actualmente, por ejemplo, estamos estudiando los mecanismos de resistencia de la patata al virus Y. Se trata de un trabajo fundamental, pero si tiene éxito, el resultado será muy interesante para la selección de variedades resistentes.
ML: Las ciencias fundamentales y las aplicadas están estrechamente interconectadas; una no puede existir sin la otra. Si no sabemos cómo interactúa el virus con la planta, con qué proteínas específicas, no podremos cambiarlas para hacer que la planta sea resistente.
Hemos estado investigando el virus Y desde 2018 y ahora nos acercamos al hecho de que en los próximos años obtendremos una fórmula de resistencia y, en el futuro, el resultado práctico necesario: la planta de papa no sintetizará proteínas virales, sino será resistente al virus.
– ¿Coopera con empresas/criadores rusos?
VERMONT.: En el ámbito de las patatas, trabajamos con la joven obtentora María Polyakova, nos comunicamos activamente con expertos de la Unión de la Patata y mantenemos contactos con el Centro Federal de Investigación de la Patata que lleva su nombre. A.G. Lorja. En cuanto al repollo, interactuamos con criadores y productores de semillas de la Universidad Agraria Estatal Rusa-Academia Agrícola de Moscú que lleva su nombre. K.A. Timiryazev de Grigory y Sócrates Monachos. Y en lo que hacemos en este ámbito, nos guiamos completamente por ellos.
– Y de nuevo sobre los virus. Marina Valerievna, su ámbito de intereses científicos no sólo incluye el virus Y. En 2023, recibió una subvención de la Fundación Científica Rusa para realizar una investigación en el proyecto “Estudio de los viromas de patatas cultivadas (Solanum tuberosum L.) utilizando métodos de secuenciación de alto rendimiento”. ¿Por qué es interesante este tema?
ML: Las patatas, en mayor medida que muchas otras plantas, padecen enfermedades virales, ya que se propagan vegetativamente. Los virus se acumulan en los tubérculos y se transmiten a las siguientes generaciones, por lo que la carga viral crece constantemente. Cuando dicen que las patatas están degenerando, estamos hablando exactamente de eso.
Los virus no son sistemas inertes; interactúan activamente tanto con la planta huésped como entre sí. Hay casos en los que una planta que ya está enferma con un virus específico no puede infectarse con otro. Y hay virus que no pueden infectar una planta por sí solos; actúan sólo en cooperación con otros virus. Recientemente se publicó un trabajo que describe formas de virus que ayudan a las plantas a sobrevivir a la sequía. Una transición tan inesperada del parasitismo al mutualismo.
No existen productos químicos eficaces para combatir las enfermedades virales en las patatas. Para mejorar su salud se han desarrollado métodos bastante complejos y, lo más importante, costosos: mediante cultivo in vitro, obtención de microtubérculos. Pero el resultado sólo dura unas pocas generaciones. Para encontrar otras soluciones es necesario estudiar con más detalle las características de los virus, por lo que el estudio es muy, muy relevante.
– GOST 33996-2016 “Patatas de siembra. Condiciones técnicas y métodos para determinar la calidad" Se enumeran cinco virus (PVK - virus X de la papa; SBK - virus S de la papa; MVK - virus M de la papa; YBK - virus Y de la papa; VSLK - virus del enrollamiento de las hojas). patata) y un viroide (PSTV – viroide del tubérculo fusiforme de la patata). ¿Te concentrarás en ellos?
ML: Mi proyecto pretende utilizar métodos de alto rendimiento para estudiar los viromas (colecciones de virus) que están presentes en las patatas en Rusia. Esto es interesante tanto desde el punto de vista de los complejos de diferentes virus que se encuentran en una planta como desde el punto de vista de la prevalencia de estos virus.
En total, se conocen en el mundo más de 50 virus que se encuentran en las patatas. Los que figuran en GOST se encuentran entre los más peligrosos y, además, tienen signos externos claros. Por tanto, la necrosis en mosaico es una manifestación común de la infección por el virus Y, y la presencia del virus del enrollamiento de las hojas puede determinarse por la deformación característica de las láminas de las hojas.
Pero hay muchos virus que no se manifiestan fenotípicamente, aunque también pueden tener efecto en el cultivo. Rara vez se descubren, pero sólo porque no se los busca.
Como ejemplo, puedo citar el trabajo de colegas del Instituto de Investigación de Protección Vegetal de toda Rusia (VIZR). En 2019 publicaron un artículo sobre el descubrimiento en Rusia del virus P de la patata, que anteriormente se creía que se distribuía exclusivamente en América del Sur.
La pregunta es qué descubriremos si no miramos “debajo de la farola”, donde hay luz, sino donde aún no hemos mirado.
– ¿Dónde realizarás tu investigación?
ML: Según los términos de la subvención, el proyecto durará dos años. El año pasado colaboramos con una finca de patatas en la región de Tula, recolectamos material, trabajamos con diferentes variedades y reproducciones. Este año iremos a otras regiones y veremos qué virus se encuentran allí.
Los resultados del estudio se resumirán en 2025 y definitivamente se lo contaremos a los productores de patatas rusos.