Boletín Nº 52, Efectos pleyotrópicos y posicionales: efectos no intencionados en ingeniería genética
Boletín No. 52
Quito, 10 de abril de 2001
Efectos pleyotrópicos y posicionales: efectos no intencionados en ingeniería genética
Amig@s:
Antes de presentarles nuestro boletín queremos disculparnos por estas dos semanas de silencio sin previo aviso, esto se debió a que estabamos participando en algunas reuniones fuera del país y por este motivo se dificultó el envío de la información.
En todo caso, estamos de vuelta y nos da mucho gusto continuar con el trabajo. En este boletín se topa el tema de los efectos pleyotrópicos y posicionales, a pesar de que este tema no ha sido tan comentado es de suma importancia pues a estos efectos se deben las posibles variaciones que tendrían los transgénicos, sea en su composición nutricional, hormonal o física.
Fraternalmente,
Elizabeth
Ana Lucía
EFECTOS PLEYOTRÓPICOS Y POSICIONALES: EFECTOS NO INTENCIONADOS EN INGENIERIA GENETICA
PREFACIO
A pesar de que hoy en día las secuencias de ADN son relativamente fáciles de descifrar, el conocimiento y la comprensión de contextos e interrelaciones complejos más elevados dentro del genoma son todavía reducidos. Un gen puede tener diferentes características y efectos (los llamados efectos pleyotrópicos). Además, dependiendo del punto de inserción, un gen puede tener diferentes significados debido a la influencia de los genes circundantes (llamados los efectos de posición). Es decir, en organismos o contextos diferentes, el mismo gen puede expresar características diferentes: ?Efectos colaterales? no intencionales y adicionales, los cuales serán el tema de esta edición especial. Sin embargo, los efectos pleyotrópicos y de posición no son descritos sistemáticamente en la literatura científica; por ejemplo, las plantas transgénicas que presentan estos efectos producen frecuentemente resultados agronómicos peores que las líneas parentales no modificadas genéticamente, por eso, son escogidas en el proceso de desarrollo en el laboratorio. Por esta razón, sólo algunos ejemplos son descritos en esta edición.
DEFINICIÓN
Efecto pleyotrópico
La Pleyotropía significa que un gen puede ser responsable del desarrollo de varios rasgos y características. El ?efecto pleyotrópico? describe un cambio raro e inesperado de varias características en los organismos transgénicos y no transgénicos, cuando se suponía que sólo una característica iba a cambiar. Por lo tanto, los efectos pleyotrópicos pueden causar varios fenómenos y procesos en los organismos. Principalmente estos cambios se dan en el metabolismo celular, lo que podría conducir a cambios fenotípicos (Fenotipo: las características totales exhibidas por un organismo bajo un conjunto particular de factores ambientales, sin tomar en cuenta el genotipo actual del organismo. Resultados de la interacción entre el genotipo y el medio ambiente [Diccionario Médico On-line, 12.02.01, "http://www.graylab.ac.uk/cgiin/omd, http://www.graylab.ac.uk/cgi-bin/omd ) en plantas (LIPS, 1998). En algunos casos, el fenómeno del ?gen silenciador? es definido como un efecto pleyotrópico, pero esto no se tratará en esta edición. La causa del ?gen silenciador? es una cantidad reducida de ARNm (ARNm es una copia del gen - o del transgen- que es necesaria para transferir la información genética al sitio donde el producto codificado del gen es producido finalmente) del transgen específico, lo que implica que el transgen existe, pero su expresión es reducida drásticamente o está ausente en su totalidad (MITTELSTEN-SCHEID, 1995).
Efecto de Posición
Este término describe la influencia de la posición del gen sobre su actividad. Esto significa que estos son efectos basados en el hecho de que la intensidad diferente y los efectos de un gen sobre otros genes dependen de su posición en el ADN. La literatura científica pone más atención a los efectos posicionales que a los efectos pleyotrópicos, ya que de acuerdo con el conocimiento actual, la posición de un gen tiene influencia sobre la extensión y la estabilidad de la expresión génica. Si las alteraciones en el metabolismo o los cambios fenotípicos son detectados, usualmente no se puede rastrear si el efecto es pleyotrópico o posicional, menos aún una combinación de ambos.
Ejemplos con microorganismos
Los efectos ambientales de microorganismos genéticamente modificados raramente son investigados, pese a que ellos son usados diariamente desde el laboratorio hasta en las plantas industriales. Por lo tanto, los datos sobre los efectos pleyotrópicos y posicionales son raros.
E. coli y el azul índigo - ¿final feliz después de todo?
Uno de los primeros ejemplos de efectos pleyotrópicos de microorganismos transgénicos ha sido descrito para Escherichia coli genéticamente modificada. En 1983 los científicos ya habían publicado resultados inesperados con la bacteria transgénica E. Coli. Los genes que debían posibilitar la degradación del ácido tosalicílico naftaleno fueron insertados en la bacteria. Adicionalmente a esta lisis, la bacteria producía azul índigo. La integración de las nuevas enzimas permitieron a la bacteria realizar la transformación del indol existente a azul índigo. Mientras tanto, este descubrimiento inesperado se utiliza para la producción industrial (AMATO, 1991).
Levadura ? ¿más alcohol, más sustancias peligrosas?
La producción de ciertas enzimas para una mejor fermentación del alcohol en la levadura transgénica origina una formación elevada de metilglioxal, un compuesto mutagénico, el cual en la levadura no transgénica es sólo detectable en rastros, si es que hay. Obviamente, aparte del camino normal glucolítico, mediante la ingeniería genética se ha inducido otro camino por el alto nivel enzimático (IMOSE AND MURATA, 1995).
Ejemplos con plantas
En el área de las plantas transgénicas, los efectos pleyotrópicos han sido examinados y detectados principalmente con plantas tolerantes a herbicidas. En el contexto de cambios pleyotrópicos, CALAGENE Inc. (1990) estableció que un tercio de todas las líneas vegetales transgénicas presentan efectos pleyotrópicos no conectados con la naturaleza del gen insertado o el producto del gen. A pesar de la alta ocurrencia del fenómeno, no existen documentos científicos puesto que aquellas plantas han sido seleccionadas dentro del proceso de desarrollo de los transgénicos. Arabidopsis thaliana es vista como el modelo vegetal para los ingenieros genéticos. Esta planta también proporciona ejemplos de efectos no deseados causados por intervenciones de ingeniería genética dentro del genoma. BERGELSON ET AL. (1996) comprobó los efectos de un gen resistente a herbicidas en la capacidad de las plantas. Las plantas transgénicas de Arabidopsis fueron comparadas con una línea no transgénica, la cual había adoptado la resistencia a herbicidas por mutación, y con la línea parental no transgénica. La investigación demostró que las plantas transgénicas tenían una capacidad reducida la cual fue causada indudablemente por efectos pleyotrópicos del gen resistente a herbicidas. Usualmente, la Arabidopsis es estrictamente autofértil. Algunas plantas de Arabidopsis modificadas genéticamente, resistentes a herbicidas mostraron una tendencia aumentada para la polinización cruzada. Este efecto resultó ser una combinación de efectos pleyotrópicos y posicionales. Especialmente en plantas crucíferas, como Arabidopsis, la polinización cruzada está directamente conectada con un mayor riesgo de entrecruzamientos de características (transgénicas).
Petunia ? de color salmón en el invernadero, moteada en el campo
Los primeros ensayos de campo de plantas genéticamente modificadas en Alemania se hicieron famosos especialmente por ser un ejemplo prominente de efectos posicionales y pleyotrópicos. Se suponía que la petunia transgénica iba a tener pétalos color salmón luego de la inserción de cierto gen del maíz. En los experimentos de invernadero, la petunia reaccionó como se esperaba, pero en el campo ellas evidenciaron varios efectos no deseados. Principalmente las flores eran blancas o moteadas. Además, las plantas tenían más hojas y brotes mientras que su fertilidad se redujo. Ellas resistieron mejor a hongos patógenos que las líneas no transgénicas. Experimentos subsiguientes identificaron aquellos efectos como genes silenciadores, los cuales además dependían de factores ambientales (MEYERET AL., 1992).
Soya tolerante a herbicidas ? susceptibilidad al calor
Se sospecha que un 20% de aumento en la producción de lignina (la lignina es un compuesto leñoso de las células vegetales que les da estabilidad pero su almacenamiento también reduce el abastecimiento de agua y nutrientes y disminuye la elasticidad) en soya Roundup Ready es causado por la enzima recientemente insertada la cual tiene efectos inesperados en el metabolismo de la lignina y, por lo tanto, causa una sobreproducción de lignina en las plantas (GERTZ ET AL., 1999, COGHLAN, 1999). Bajo condiciones de estrés, este efecto es negativo para las plantas de soya transgénica. Una escasez inducida de agua redujo el peso fresco de las plantas transgénicas en un 48%, mientras que las plantas no modificadas genéticamente sólo tuvieron una reducción del 24% de su peso fresco. También el estrés calórico condujo a una reducción del rendimiento en la soya transgénica (VENCILL,1999). Además, un cambio en las hormonas vegetales fue detectado en la soya transgénica con una disminución del 14% (LAPPE ET AL., 1999).
Algodón Roundup Ready ? susceptibilidad al estrés
En 1997 el algodón que fue modificado genéticamente para ser resistente al herbicida Roundup y que fue cultivado comercialmente en el estado de Mississippi, presentó deformación capsular y caída. Más de 200 agricultores tuvieron que soportar un enorme contragolpe económico (HAGEDORN, 1997). A pesar de que no se ha hecho un análisis exhaustivo para entender el fenómeno, uno se puede imaginar que el algodón resistente a herbicidas es igual de sensible al estrés que la soya Roundup Ready debido a los efectos pleyotrópicos.
La semilla de colza transgénica ? inactividad inducida de la semilla
Experimentos con semillas de colza transgénicas de alto contenido de estearato y laurato presentaron efectos pleyotrópicos importantes para la cuantificación de riesgos: Ambas líneas transgénicas presentaron un elevado nivel de adormecimiento inducido de la semilla. Esto podría conducir a un mayor riesgo de crear un banco de semillas y, por ende, un establecimiento de poblaciones transgénicas silvestres. (LINDER,1998).
Papas transgénicas ? cambio en las características morfológicas y fenotípicas
Los cambios en el metabolismo básico vegetal mediante la ingeniería genética podrían causar efectos pleyotrópicos, detectables en los cambios de la composición del tejido vegetal o en las características morfológicas o fenotípicas. Por ejemplo, las papas transgénicas productoras de fructano que fueron examinados por BECKER ETAL. (2000) tenían una significativa reducción en el rendimiento. Los primeros ensayos con papas transgénicas que habían sido modificadas en el metabolismo del fosfato y de carbohidratos produjeron resultados similares (BECKER ET AL., 1998).
Árboles transgénicos ? fenómeno de floración prematura
Árboles transgénicos investigados en ensayos de campo presentan muy a menudo efectos pleyotrópicos y posicionales. Los experimentos de invernadero ya habían revelado que los álamos, modificados genéticamente con un cierto promotor (Promotor: una región del DNA involucrada en la regulación de la expresión de un gen) podían presentar una floración más temprana que los grupos control no transgénicos (FLADUNG ET AL., 1999). Un nivel significativo de fitohormonas, que fueron observadas en los álamos transgénicos, es sospechoso de ser la causa del fenómeno (FLADUNG ET AL.,1997). Los niveles de fitohormonas están generalmente relacionados con el comportamiento de floración vegetal. Algunos álamos transgénicos examinados en un ensayo de campo que empezó en 1996 ya presentaron brotes florales femeninos luego de 3 años, pese a que los álamos naturalmente empiezan con la floración luego de 8 años. Si los brotes florales masculinos hubieran sido formados, el riesgo de diseminación de genes transgénicos sería enorme debido a las posibilidades de hibridación de los álamos. Particularmente los géneros populus, eucalyptus y pinus ? géneros donde la ingeniería genética es muy común ? son conocidos por su alto potencial de hibridación. En el norte, en las regiones templadas, los álamos, por ejemplo, tienen alrededor de 30 especies con varios híbridos (DIAFOZIO ET AL., 1999).
EJEMPLOS CON ANIMALES
Peces transgénicos ? cambios en los niveles hormonales
Varios peces modificados genéticamente presentan muchos efectos pleyotrópicos. Es muy común que los genes que codifican para las hormonas del crecimiento sean insertados en peces ocasionando un disturbio en el balance de las hormonas del crecimiento. Un enorme aumento en el crecimiento del salmón transgénico, por ejemplo, fue seguido por una severa deformación de la cabeza y de otras partes del cuerpo. Además de esto, se vio un cambio en la distribución de grasa (DUNHAM, 1999). Un resumen de deformaciones corporales de peces transgénicos hecho por PANDIAN ETAL.(1999) señala los siguientes cambios ya aparecidos: tumores, forma cambiada de aletas y vértebras, deformación de la cabeza, crecimiento anormal de branquias, segmentos corporales ausentes, atrofia de cuello y cola. Aparte de los efectos pleyotrópicos, los peces transgénicos son conocidos por tener problemas en una expresión genética estable. Adicionalmente, el mosaicismo ? es decir, dentro de un individuo modificado existen células con y sin el transgen- es un fenómeno que ocurre regularmente en los peces transgénicos. El número de secuencias modificadas varía de célula en célula, de órgano en órgano y de individuo en individuo. Especialmente para hormonas de crecimiento modificadas genéticamente, existen varios ejemplos de este fenómeno, como en el pez gato, el pez cebra y la carpa.
Aspectos de riesgo
Los efectos pleyotrópicos y de posición son riesgos que surgen de los métodos de ingeniería genética. Ocurren con relativa frecuencia, pese a que no existe una observación especial para ellos. La descripción de dichos efectos depende de la intensidad con la que los organismos transgénicos fueron examinados. Tales efectos descritos van desde cambios en las características agronómicas hasta variaciones permanentes de los niveles de expresión génica. Si tales efectos ocurren durante el desarrollo de los organismos transgénicos, estos usualmente son seleccionados. Sin embargo, los efectos pleyotrópicos y posicionales poseen un riesgo si causan nuevas posibilidades para la diseminación de transgenes, o son responsables de la producción de compuestos tóxicos o alérgicos (LIPS, 1998). Los riesgos que son discutidos en el contexto de efectos pleyotrópicos y posicionales son:
· La inserción de proteínas/enzimas extrañas podría originar cambios imprevistos en el metabolismo y, por lo tanto, conducir a nuevos productos génicos potencialmente tóxicos o alérgicos;
· La inserción de secuencias de ADN externas pueden influir e incluso destruir genes hasta el punto de integración trastornando el contexto genómico, o pueden originar metabolitos tóxicos o alérgicos;
· Los organismos son capaces de influenciar e incluso detener la expresión de genes extraños insertados y, por ende, una expresión genética continua no puede ser garantizada. (LIPS, 1998).
· Efectos sobre componentes secundarios vegetales.
Referencias
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Fuente: Hoja informativa de Ingeniería Genética
Edición Especial
6 de Febrero del 2001
Traducción hecha por la Red