Laura Arriazu Pardo y María Pilar Fernández Pastor, alumnas de Biotecnología vegetal, tercer curso de Grado en Biotecnología en la Universidad Pública de Navarra. Profesor: Dr. Dr. Jorge Poveda Arias.
¿Arroz o bomba de nutrientes?
El arroz es la base de la dieta del continente asiático y, en España, el ingrediente básico para una buena paella. Si le añadimos unos pocos genes, se puede transformar en… una bomba de nutrientes. ¿Y si tus próximos complementos alimenticios los compras en una tienda de alimentación, en vez de una farmacia? El arroz transgénico puede ser la solución a ciertas deficiencias nutricionales causantes de importantes enfermedades en regiones en desarrollo, sin acceso a una dieta rica y variada.
Esta carencia ha llevado a investigadores de diferentes puntos del planeta a estudiar posibles soluciones, surgiendo así el arroz dorado y púrpura. Estos tipos de arroz deben su nombre a sus llamativos colores, cuyo origen está en los β-carotenos y las antocianinas, respectivamente. ¿Qué te parecería que tu paella tuviera ese color tan característico sin necesidad de azafrán? ¿Y cambiar el arroz a banda por arroz lavanda?
Figura 1: Arroz dorado, rico en β-carotenos.
Figura 2: Arroz púrpura, por su alto contenido en antocianinas.
Los β-carotenos, son pigmentos de color rojo anaranjado fundamentales para la producción de vitamina A; son la molécula inicial de su ruta de síntesis. Como toda vitamina, es esencial para la correcta regulación y funcionamiento del organismo. Su deficiencia repercute especialmente en los niños, produciendo anualmente 250.000 casos de ceguera y un millón de muertes por sus efectos perjudiciales en su sistema inmunitario, provocando que se agraven enfermedades tan habituales en la infancia como la diarrea o el sarampión. Sin embargo, no somos capaces de sintetizar vitaminas en las cantidades requeridas por lo que deben ser ingeridas en la dieta. En el caso de la vitamina A, con alimentos ricos en su precursor (β-carotenos), como la zanahoria o calabaza, a los que proporciona su característico color naranja.
Las antocianinas son las moléculas que dan su color púrpura a alimentos como los arándanos, las moras o la remolacha. Son valoradas principalmente por su poder antioxidante. Esta propiedad colabora en la disminución del riesgo de padecer enfermedades tan importantes en la actualidad como son el cáncer, la diabetes o las enfermedades cardiovasculares. Estos compuestos permiten eliminar moléculas inestables, conocidas como radicales libres, que causan daños celulares irreparables.
De forma natural, la antocianina se produce en hojas, tallos, flores y frutos. Estas partes de la planta se consumen de manera fresca, principalmente, lo que dificulta su conservación largos periodos de tiempo. Por lo tanto, se han buscado alternativas para obtener alimentos no perecederos ricos en antocianinas u otros nutrientes que nos interesan, como la vitamina A. De nuevo, el arroz dorado y púrpura se presentan como la solución, al poder añadir los genes responsables de la síntesis de estas moléculas al endospermo, tejido de la semilla que le aporta los nutrientes necesarios para el proceso de germinación y que sirve de alimento al ser humano.
Los transgénicos, tan odiados por cierto sector de la opinión pública poco familiarizado con la ciencia, se pueden convertir en nuestros mejores aliados ante el esperado crecimiento exponencial de la población del planeta y la falta de terrenos cultivables. La legislación europea plantea ciertas reticencias sobre estos cultivos, lo que no favorece una opinión positiva. Sin embargo, en otros países desarrollados, como Estados Unidos, son ampliamente comercializados. A finales, fue aprobada la comercialización de arroz dorado en Australia y Nueva Zelanda. ¿Qué país será el siguiente?
Consultando la literatura científica, se puede otorgar el mérito de la obtención del arroz dorado en el año 2000 a los científicos europeos, Ingo Potrykus y Peter Beyer. En primer lugar, se analizó en detalle la ruta de síntesis de los β-carotenos, a partir de los cuales nuestro organismo es capaz de sintetizar la vitamina A. En los plastidios del endospermo, se halló un compuesto presente en uno de los pasos iniciales de la ruta, el geranilgeranilo difosfato. Por lo que se optó por recrear la ruta de síntesis a partir del mismo, para ello se deben introducir los genes correspondientes a 3 proteínas encargadas de realizar una reacción, conocidas como enzimas: fitoeno sintasa, fitoeno desaturasa y licopeno β-ciclasa. En un primer momento se optó por utilizar 4 genes de la especie vegetal Narcissus pseudonarcissus, sin embargo, posteriormente se obtuvieron mayores rendimientos al utilizar un gen de la bacteria Erwinia uredovora para la enzima fitoeno desaturasa, que realizaba la misma función que dos enzimas utilizadas anteriormente. Estos genes son introducidos en tres vectores que se introducirán de forma simultánea en la planta. Además, se añaden unas secuencias de aminoácidos conocidas como péptidos de tránsitos que indicarán que las enzimas deben ser trasladadas a los plastidios del endospermo para llevar a cabo su función, la síntesis de los β-carotenos.
Figura 3: Narcissus pseudonarcissus, especie vegetal de la que se han extraído los genes para obtener el arroz dorado.
En el arroz púrpura, tras numerosos intentos fallidos dónde básicamente cortaban y pegaban genes de manera individual, a modo de prueba y error. Finalmente, investigadores chinos han conseguido poner a punto un sistema de apilamiento de genes, dicho en otras palabras, añadir en una misma planta diferentes genes con cualidades interesantes. En este caso, se han utilizado ochos genes relacionados con la síntesis de la antocianina. Para encontrarlos, es necesario analizar qué genes intervienen en la síntesis de antocianinas. Gracias a un análisis exhaustivo, se llegó a la conclusión de que eran necesarios tanto genes reguladores como genes implicados en la propia ruta de síntesis para conseguir aumentar la producción en el endospermo del arroz. Concretamente, se utilizan dos genes con función reguladora y seis genes que intervienen en la vía de las antocianinas, extraídos de una planta conocida como cóleo o cretona.
Flower of cóleo, Plectranthus scutellarioides, outdoor foliage in organic garden of Guatemala.
Figura 4: Cóleo, planta de la que se extraen los genes implicados en la ruta de síntesis de la antocianina.
Ambos procesos cuentan con una herramienta muy especial: “Agrobacterium tumefaciens”, una bacteria que nos permite introducir los genes simplemente por un mínimo contacto con el grano de arroz. Para comprobar que los genes se han introducido correctamente, se utiliza una técnica rutinaria de laboratorio de gran actualidad, ¿adivináis cuál es? La famosa PCR.
En un futuro cercano, la población mundial se habrá multiplicado, con su consecuente aumento de la pobreza y el hambre ¿Serán los transgénicos la solución? Estos científicos han puesto ya su granito de arroz para contribuir a ello. Aunque, por ahora parece que tendremos que conformarnos con ver el arroz blanco en nuestras despensas… Esperamos poder verlo a color algún día.
Referencias bibliográficas:
Zhu, Q., Yu, S., Zeng, D., Liu, H., Wang, H., Yang, Z., Xie, X., Shen, R., Tan, J., Li, H., Zhao, X., Zhang, Q., Chen, Y., Guo, J., Chen, L., & Liu, Y.-G. (2017). Development of “Purple Endosperm Rice” by Engineering Anthocyanin Biosynthesis in the Endosperm with a High-Efficiency Transgene Stacking System. Molecular Plant, 10(7), 918-929. https://doi.org/10.1016/j.molp.2017.05.008
Ye, X., Al-Babili, S., Klöti, A., Zhang, J., Lucca, P., Beyer, P., & Potrykus, I. (2000). Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm. Science (New York, N.Y.), 287(5451), 303-305. https://doi.org/10.1126/science.287.5451.303
El «apilamiento de genes» produce arroz púrpura rico en antioxidantes. (2017, agosto 24). Merca2.es. https://www.merca2.es/2017/08/24/arroz-purpura-rico-antioxidantes/
¿Qué es una deficiencia de vitamina A? (2022, diciembre 2). American Academy of Ophthalmology. https://www.aao.org/salud-ocular/enfermedades/deficiencia-de-vitamina
