La modificación genética producto de la selección convencional involucra experimentar con la variabilidad genética ya existente en las variedades o razas de una especie, o entre unas cuantas especies emparentadas entre sí, o, aunque más raro, entre especies de géneros hermanos. Cuando la variabilidad genética dentro del germoplasma del cultivo no permite seleccionar determinados atributos, los productores han recurrido a métodos como la irradiación (de neutrones, rayos X o gamma) o al uso de compuestos químicos mutagénicos para crear nuevas variantes y seleccionar rasgos de interés. En las últimas tres décadas, investigadores en biotecnología han descubierto y desarrollado técnicas para intercambiar fragmentos de ADN entre plantas, animales, bacterias y otros organismos. La llamada tecnología del ADN recombinante permite combinar fragmentos de la molécula de ADN de dos o más fuentes diferentes o de regiones diferentes del genoma. Esto abre la posibilidad de insertar genes que codifican características útiles de un organismo a otro rompiendo las barreras de la reproducción.
En principio, si un organismo tiene algún carácter deseable y se determina cuál es la región del ADN que lleva a cabo la codificación de dicho carácter, ésta puede ser transferida a otro organismo que no la tiene. Una planta o un animal que ha sido modificado recibiendo ADN de una fuente externa a su propio genoma, es llamado organismo transgénico u organismo genéticamente modificado (OGM). La transgénesis se puede llevar a cabo a nivel de células embrionarias y de células somáticas; se utiliza en la producción de fármacos, en terapia génica y en el desarrollo de plantas, microorganismos y animales transgénicos, para diversos usos en la agricultura y la industria. El número de productos modificados genéticamente está creciendo rápidamente. Las primeras investigaciones y aplicaciones de la biotecnología moderna, que surgen con la capacidad de manipulación genética de los seres vivos, se encaminaron durante los años 80 fundamentalmente hacia el sector salud. La insulina humana es uno de los primeros productos transgénicos que se usan para el tratamiento de los enfermos de diabetes. En este caso los organismos receptores que se producen son bacterias transgénicas a las que se les inserta el gen humano que codifica para la insulina. Otros ejemplos en este campo corresponden a la producción de la hormona del crecimiento humano y a la heritropoyetina, una hormona que aumenta la producción de hematocitos.
La historia del desarrollo de la ingeniería genética en las plantas inicia en 1983 con las primeras modificaciones de células vegetales. En 1984 se producen las primeras plantas transgénicas y en 1986 se llevan a cabo las primeras pruebas de campo y se desarrollan plantas resistentes a algunos virus. En 1988 se desarrollan plantas resistentes a plagas (insectos) y tolerantes a herbicidas, en 1989 se trabaja en la maduración de los frutos y en 1990 hay más de 100 pruebas experimentales en el campo. En 1995 se obtienen los primeros productos comerciales.
De manera simplificada, la producción de una planta transgénica involucra cuatro pasos básicos: primero, se aísla el gen que codifica la información genética para producir una proteína particular; en el caso de las plantas resistentes a insectos se trata de un gen que produce una proteína que es tóxica para algunos insectos. En segundo lugar se cortan y pegan –mediante el uso de enzimas de restricción y ligasas – los fragmentos de ADN del gen seleccionado con un gen marcador. Los marcadores que comúnmente se utilizan les confieren resistencia a las células a algún antibiótico o herbicida. Estas moléculas se insertan a las células del organismo receptor, mediante métodos físicos o biológicos. Un tercer paso lo constituye la identificación de las células que han recibido los genes mediante su exposición a un antibiótico y su selección. Por último, se induce el desarrollo de las células modificadas para que crezcan en una planta completa. Estas plantas y sus semillas producirán el gen de la resistencia.
La ingeniería genética ha desarrollado mecanismos para modificar no sólo el genoma de microorganismos y plantas sino también el de los animales. Esto se hace mediante manipulación genética in vitro. Los primeros experimentos exitosos de transgénesis en animales fueron en ratones a los que se les había insertado el gen que produce la hormona del crecimiento de ratas en 1982. Existen en la actualidad diferentes mecanismos para crear animales transgénicos. Esta tecnología ha permitido el estudio de las funciones de los genes y la producción de proteínas con fines farmacéuticos. Entre algunos de los vertebrados que han sido genéticamente modificados se encuentran cerdos, vacas, borregos, pollos y varios peces como la trucha, el salmón y la tilapia. Aunque se tienen importantes usos potenciales para los animales transgénicos, aún existen aún muchas limitaciones para su uso.
Naturaleza común de los genes
En general, la información que tiene cada gen sirve para sintetizar un tipo particular de proteína. Las proteínas actúan como enzimas, como transportadores, como motor o cableado de células móviles, como anticuerpos. Para satisfacer necesidades comunes hay por tanto, genes muy similares entre los seres biológicos, ya que a partir de un origen común han ido cambiando por mutación y selección; además, la estructura bioquímica y el lenguaje molecular de los genes son básicamente los mismos, desde los virus, hasta los mamíferos, incluyendo bacterias, hongos, plantas y los demás animales.
Los genes se modifican y se mueven
Diversos procesos de cambio de los organismos a lo largo de la evolución, se deben a cambios —a veces graduales, en otros drásticos— de la información de los genes. Las mutaciones, la recombinación, los rearreglos internos en secuencia, orden u organización general y al final, distintos tipos de selección (natural y artificial), han promovido la generación de nuevas especies y variedades en la naturaleza.
Asimismo, la domesticación y otros tipos de selección humana, artificial, han generado cepas, razas, variedades para usos determinados (comida, fibras, medicinas, ornato, etc.). Actualmente se conoce mejor las causas de algunas modificaciones asociadas con la domesticación (p.ej., germinación rápida, no dispersión de semillas), debidos a cambios en la estructura y organización de uno o varios genes.
Modificación genética
A partir de la descripción de la estructura del ADN como un polímero de 4 tipos de unidades variables formando una doble hélice, se hicieron muchos descubrimientos. Desde un poco antes, se sabía que cuando se modifica —se transforma una célula con un gene externo que porta una nueva instrucción-, adquiere una capacidad adicional. Aplicando este conocimiento, hoy es posible cultivar bacterias que producen insulina humana (necesaria para personas con diabetes), ya que estos microorganismos GM se les ha añadido el gen con el diseño de esa proteína que fue aislado (clonado) del genoma células humanas.
Aunque se considera que la modificación genética inició desde la domesticación y mejoramiento de plantas, animales y microbios; con la biotecnología moderna, la modificación o manipulación genética se realiza mediante métodos aplicados de la biología molecular, —la llamada ingeniería genética—, que consisten en el traslado de genes completos o fragmentos especiales de ADN (que pueden provenir de cualquier ser vivo), entre organismos de distintas especies, logrando que produzcan nuevas proteínas y moléculas, que mejoran o regulan alguna o algunas actividades celulares. Esto se hace con un conocimiento bastante preciso de las funciones de los genes (o proteínas) que se movilizan, y por eso se dice que el organismo receptor es modificado genéticamente (GM), aunque continúa siendo esencialmente la misma especie, raza o variedad.
Plantas transformadas
En los vegetales, un fragmento de tejido o hasta una célula aislada, pueden dar origen a una planta completa de su mismo tipo por el proceso de regeneración. Si esta célula se modificó genéticamente, todas las células, tejidos y órganos regenerados llevarán una información nueva; así estas nuevas funciones se pueden manifestar en todo el vegetal o cultivo, o sólo en algunas partes de él. En el caso de plantas cultivadas, las variedades resultantes de la incorporación de uno o varios genes mediante técnicas modernas de modificación genética, se les llama cultivos genéticamente modificados (GM), aunque cada tipo individual (o evento) tiene propiedades específicas dependiendo del tipo de vegetal, el gen adquirido y el uso que se le da. En México, por el hecho de utilizar este método para generarlos y reproducirlos, todos ellos son sujetos de regulación por la normatividad en bioseguridad, representada por la LBOGM.
Domesticación, diversidad genética y homogeneidad
Las especies en la naturaleza forman poblaciones donde a pesar de diferencias en aspecto o incluso en la similitud de sus genes, pueden cruzarse y tener descendencia fértil. Desde hace mucho tiempo, diversas civilizaciones humanas han seleccionado plantas para usarse como comida, forraje, abrigo, materiales de construcción, a partir de plantas silvestres. Esto fue posible por la domesticación que fue modificando algunos de sus atributos para poder cultivarlas más fácilmente y aprovecharlas mejor. Esto significó algunos cambios genéticos en las poblaciones, que han ocasionado que nos hayamos quedado sólo con una muestra que tiene menos variantes o versiones de algunos genes.
Más adelante, se han seguido buscando características más especiales que sean invariables generación tras generación. Esto indica que nos hemos ido quedando con grupos de ciertas especies que tienen genomas muy parecidos. Varios métodos analíticos de la biología a nivel molecular permiten demostrar que tanto los genes como las proteínas de variedades comerciales ´homogéneas´ son casi idénticos y que, en cambio que son diferentes a los de parientes silvestres del mismo tipo, o a los llamados ancestros, que a veces están extintos y sólo conocemos por restos fósiles o descripciones botánicas antiguas.
Mejoramiento genético convencional y biotecnológico
Desde hace mucho tiempo se sabe como dotar a especies agrícolas de interés productivo (cultivos para alimento humano, animal, fibras, medicinales), de capacidades que les permitieran producir más, reducir los daños por plagas y enfermedades, o por factores ambientales adversos. Los cruzamientos entre variedades, entre especies (y a veces fusiones genómicas como el Triticale, un híbrido completo entre trigo y centeno), generan nuevas combinaciones de genes (o de sustancias reguladoras en algunos injertos), de donde se explica la diversidad de formas, tamaños, colores y organización de algunos ejemplos conocidos (calabazas, papas, rosas, etc.).
En el camino hacia una agricultura más productiva y a veces sustentable, los fitomejoradores son capaces así de 'rescatar' genes importantes de variedades silvestres o contrastantes para integrarlos a variedades domesticadas a través de cruzas y selecciones continuas. Pero esto puede llevar mucho tiempo y no lograrse el obtener fácilmente una característica como resistencia a una enfermedad, mayor rendimiento con poco agua, o producir más de un nutrimento, si no hay fuentes de variación en plantas sexualmente compatibles (que se puedan cruzar y producir semillas fértiles), o bien, que los genes contribuyentes para esa característica sean numerosos y están muy dispersos.
Ante la necesidad de agilizar la obtención de veriedades vegetales adaptadas a nuevas condiciones agrícolas, se fueron ampliando las aplicaciones de la biotecnología agrícola, como los cultivos GM, ya que es una estrategia relativamente más rápida y precisa para el mejoramiento de cultivos. Esta tecnología permite salvar las barreras de la especies, ya que muchas características valiosas desde el punto de vista agronómico, económico, alimentario y ambiental, están presentes en otros organismos que no pueden cruzarse. Un cultivo GM resulta entonces de transferir una característica específica —presente en otros organismos vegetales, microbianos o animales— a dichos cultivos introduciendo en su genoma, uno o varios genes previamente aislados.
Esto permite generar, probar y aprovechar cultivos que tenían limitaciones por su susceptibilidad a insectos-plaga y enfermedades virales; a la competencia por malezas o improductividad por suelos empobrecidos. Actualmente es posible modificar características del desarrollo (flores y frutos de vida extendida en anaquel), del metabolismo (composición más sana de ácidos grasos, mayor cantidad de provitamina A y de hierro bioasimilable) y de su desempeño ambiental (tolerancia a sequía, calor y frío).
