Curso de manipulación genética V – Agrobacterium tumefaciens: la naturaleza inventó la transgénesis

Un organismo transgénico es aquel cuyas células poseen un fragmento de material genético que proviene de otro organismo diferente. Este material genético “externo” ha sido insertado en él mediante técnicas de ingeniería genética. Cualquier organismo puede ser transgénico: se suele hablar solamente de plantas transgénicas, pero también pueden serlo animales, bacterias y cualquier ser vivo en general.

Imagen de Agrobacterium tumefaciens vista al microscopio.

Cuando nos referimos a un transgénico, éste ha sido creado por técnicas de ingeniería genética en un laboratorio. Sin embargo, como suele ocurrir, la naturaleza se adelantó al ser humano: mucho antes de que el ser humano hubiera ni siquiera descubierto el ADN, ya existían organismos capaces de llevar a cabo sus transgénesis particulares. Hoy os presentamos a la bacteria más famosa en biotecnología de plantas: Agrobacterium tumefaciens.

A. tumefaciens es un parásito de plantas, es decir, crece a expensas de la propia planta. Esta bacteria tiene unas pequeñas moléculas de ADN en su interior que, como explicamos en el capítulo anterior, son plásmidos. Los plásmidos son de vital importancia a la hora de hacer ingeniería genética, ya que es el lugar donde suelen ir los genes que vamos a introducir en un organismo. Otra cosa importante de los plásmidos es que no son estables en células eucariotas (como las de las plantas y los animales), es decir, que son eliminados por la maquinaria celular.

Estructura de un plásmido Ti. La región de T-DNA se encuentra entre el borde derecho y borde izquierdo, que son dos secuencias que permiten detectar dónde empieza y acaba el T-DNA. En el resto del plásmido encontramos la región de virulencia, otra zona donde se encuentran los genes que permiten a Agrobacterium utilizar las opinas como alimento y un origen de replicación que permite la replicación del plásmido en Agrobacterium.

A. tumefaciens en concreto presenta un plásmido de gran tamaño denominado Ti (tumor inducing). En este plásmido se encuentra la mayor parte de los genes que intervienen en el proceso de infección mediante el cual penetra en la planta. Como podéis ver en la imagen, el plásmido Ti tiene dos zonas:

T-DNA: es un fragmento del plásmido que es transferido de A. tumefaciens a las células de la propia planta. Por lo tanto, todos los genes que se encuentren  en esta zona van a formar parte del genoma de las células vegetales infectadas. En esta región encontramos genes que promueven la división celular (provocando la aparición de tumores en plantas) y genes de síntesis de opinas (biomoléculas utilizadas como alimento por Agrobacterium).

Región de virulencia: tiene los genes que van a intervenir en el proceso de infección de la planta y de transferencia de la región T-DNA hacia la célula vegetal (estos genes, por ejemplo, contienen la información para hacer proteínas que crean un canal de la bacteria hasta la célula de la planta, como si fuera una jeringuilla).

 

Os preguntaréis, ¿por qué Agrobacterium infecta y transfiere parte de su material genético a la planta? Ocurre que, al contrario que muchas bacterias que captan los nutrientes de su entorno o son capaces de producirlos, Agrobacterium es un parásito: consigue, mediante la transferencia de genes, que la planta que inicialmente no sintetizaba opinas, ahora sea capaz de sintetizarla para que ella (la bacteria) pueda alimentarse con esas opinas. Además, transfiere genes que provocan un aumento de la división de las células de las plantas infectadas, para garantizarse una buena producción de opinas.

Esquema del proceso de infección llevado a cabo A. tumefaciens

Cuando en la planta sufre una pequeña herida, libera ciertas sustancias que pueden atraer a Agrobacterium hacia ella. Una vez la bacteria reconoce a la planta, pone en marcha un mecanismo muy complejo: corta el fragmento de T-DNA de sus plásmidos Ti, y, mediante un poro que abre en la célula vegetal con su “jeringuilla”, se lo pasa. El T-DNA está preparado para introducirse en el ADN de la célula infectada, porque está unido a ciertas proteínas de Agrobacterium que tienen la función de llevarlo hasta el núcleo e integrarlo en un cromosoma. El sitio donde se incluye el fragmento de T-DNA no es determinado, sino más bien al azar.

Un árbol con los tumores provocados por la infección de A. tumefaciens.

Una vez el T-DNA se inserta en el genoma de la célula de la planta, ésta empezará a expresar los genes que contiene y a dividirse incotroladamente. Entonces estas células empezarán a producir opinas que serán utilizadas por Agrobacterium para crecer. Además, todas las células que provengan de la célula infectada, las cuales han formado el tumor debido a su crecimiento desmesurado, tendrán el T-DNA también, por lo que producirán más opinas y Agrobacterium podrá crecer sin problemas.

El descubrimiento de la existencia y el ciclo de vida de Agrobacterium tumefaciens y otras Agrobacterium permitió la modificación genética de plantas, que hasta ese momento no era posible. No se sabía cómo poder modificar de forma estable una planta, pero sí que se tenían los conocimientos para manipular genéticamente una bacteria. Y esta en concreto tiene una verdadera jeringuilla que nos permite introducir en las células vegetales un fragmento de ADN… y que se inserte en su genoma sin que antes sea destruido, que es tan importante como lo anterior. Así que en el siguiente capítulo veremos qué hacer con Agrobacterium para que introduzca en las plantas el gen que queremos.

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Jose Antonio Guerrero

Natural de Almería y estudiante de Biotecnología en la Universidad Pablo de Olavide. Amante de las Ciencias en general y de la Biotecnología en particular. Con vocación a desarrollar carrera científica y defensor del desarrollo de la Ciencia y de la mejora de la percepción social de la Biotecnología. En mis ratos libres me gusta escuchar música y hacer electroforesis.

3 pensamientos sobre “Curso de manipulación genética V – Agrobacterium tumefaciens: la naturaleza inventó la transgénesis

  1. Pingback: De virus gigantes y virus de virus » Biotecnóblogos | Biotecnóblogos

  2. brian warner

    hola!! me ha encantado el tema, siempre me ha llamado la atencion la biotecnologia, la manipulacion genetica y todo lo referente..
    tengo una pregunta, es posible poder realizar una tranferencia genetica de forma artezanal, casera.. ?
    nose cual seria el termino en este caso

    puede un entusiasta como yo, poder llevar un curso libre sobre tranferencia genetica, para practicar en casa..
    sin tener que llevar la carrera completa de biotecnologia?

    bueno en realidad no parece tan complicado el tema y la practica.
    pero habria que ver si una vez estudiando un poco mas la cosa se complica..

    he estado averiguando en internet sobre tranferencia genetica y utilizan tambien una pistola génica de mano..
    desconosco que tanto dinero hay que invertir para obtener una.
    o que tanto estudio hay que tener para poder desarrollarse con esa herramienta..
    o para que casos es realmente rentable…

    bueno me despido, mas que interesante el tema y disculpen mi ignorancia..
    gracias por compartir el conocimiento.

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