Boletín Nº 61, Transferencia Horizontal de Genes
RED POR UNA AMERICA LATINA LIBRE DE TRANSGENICOS
Boletín No. 61
Quito, 19 de junio de 2001
Transferencia Horizontal de Genes
Amig@s:Con este boletín queremos iniciar una serie sobre los riesgos de los organismos transgénicos asociados a la transferencia horizontal de genes, el adn desnudo y el virus del mosaico de la coliflor. Estos artículos son traducciones de las publicaciones del I-SIS, si desean mayor información pueden visitar www.i-sis.org.
LA TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES EL PELIGRO OCULTO DE LA INGENIERIA GENETICA
Mae-Wan Ho - Institute of Science in Society
La transferencia horizontal de genes es la transferencia de material genético entre células y genomas que pertenecen a especies no relacionadas, por procesos distintos a la reproducción. En el proceso inicial de reproducción, los genes son transferidos verticalmente de los padres a su descendencia; este proceso ocurre solo en la misma especie o especies muy relacionadas entre si.
Se conoce desde hace algún tiempo que las bacterias intercambian material genético entre especies en la naturaleza. Hay tres formas de hacerlo:
CONJUGACION: el material genético pasa entre células en contacto
TRANSDUCCION: el material genético es acarreado de una célula a otra por virus infecciosos
TRANSFORMACION: el material genético es tomado por las células directamente del medio ambiente.
Para que la transferencia horizontal de genes sea exitosa, el material genético extraño debe integrarse en el genoma de la célula, o debe estabilizarse en la célula receptora de alguna manera. En la mayoría de casos, el material genético extraño entra en la célula por accidente, pero se daña antes de que pueda incorporarse en el genoma. Bajo ciertas circunstancias ecológicas, que aún no se entienden completamente, el material genético extraño logra incorporarse al genoma. Por ejemplo, alzas de temperatura violentas o la presencia de ciertos contaminantes como metales pesados favorecen a la transferencia horizontal de genes. La presencia de antibióticos puede incrementar la transferencia horizontal de genes entre 10 a 10.000 veces (5).
Sólo en los pasados 10 años se ha descubierto que la transferencia horizontal de genes es un fenómeno que también ocurre en plantas superiores y animales (6). Toda la biosfera tiene la potencialidad de experimentar este fenómeno, ayudada por bacterias y virus que sirven como intermediarios para el tráfico de genes y como reservorios de multiplicación de genes y recombinación (que es el proceso que hace posible que hayan nuevas combinaciones de material genético) (7).
Hay muchas rutas potenciales para la transferencia horizontal de genes a plantas y animales. La principal ruta es la transducción, ya que hay muchos virus que infectan plantas y animales.
Investigaciones recientes en terapia génica demuestran que el fenómeno de la transformación -enunciado arriba- ocurre mucho en células de mamíferos incluido el ser humano.
Una gran variedad de material genético "desnudo" es tomado por todo tipo de células, simplemente al ser aplicado en solución en los ojos o frotado en la piel, a través de heridas, inyecciones o inhalaciones. En muchos casos el ADN extraño se incorpora en el genoma (8). La transformación directa puede ser poco común en plantas, porque sus células están protegidas por una pared celular, pero las bacterias del suelo del género Agrobacterium pueden transferir un segmento de ADN llamado segmento T (que produce un tumor en las plantas) y que es un fenómeno muy parecido a la conjugación.
El material genético extraño puede introducirse en las células de plantas y animales a través de insectos y otros artrópodos chupadores. Además las bacterias patógenas que entran en plantas o animales, pueden portar genes extraños e introducirlos en las células que están infectando, sirviendo como vector de material genético extraño (9).
No hay barreras que prevengan la introducción de material genético extraño probablemente en ninguna especie del Planeta. Las principales barreras que existen operan una vez que el material ha entrado en la célula (10).
Este material genético extraño va a ser destruido para generar energía y permitir que el organismo pueda seguir funcionando. Hay muchas enzimas que destruyen este material extraño y en el caso de que éste logra incorporarse en el genoma, hay mecanismos que hacen que el material extraño sea expulsado o eliminado.
Sin embargo, en el caso de virus y otros parásitos genéticos como los vectores o transposones, tienen signos genéticos especiales que les hacen capaces de enfrentar estos mecanismos y por lo tanto destruirlos.
Un virus consiste generalmente de material genético envuelto en una cápsula de proteína. Ellos entran en células vivas y hacen muchas copias de si mismo, o saltan directamente al genoma de la célula.
Los plásmidos son pedazos de material genético libre, usualmente circular, que está en la célula de bacterias, independientemente del genoma celular.
Los transposones, son bloques de material genético que tienen la capacidad de saltar dentro y fuera del genoma. Pueden multiplicarse o no en el proceso. Pueden entrar en plásmidos y ser propagados por ellos.
Todos estos parásitos genéticos tienen mucha probabilidad de ser transferidos exitosamente en células y genomas extraños. Los parásitos genéticos son vectores para la transferencia horizontal de genes.
Los parásitos genéticos naturales, están limitados por las barreras entre especies. Así, por ejemplo, los virus de chancho van a infectar al chancho y no a los seres humanos, y el virus de la coliflor, no va a infectar al tomate. Es la cápsula de proteína del virus la que va a determinar cúal es su huésped específico, y es por eso que el ADN de virus sin su cápsula tiene un rango mucho más amplio de huéspedes que pueden infectar (11). Lo mismo sucede con los plásmidos y los transposones, son muy específicos, aunque si hay excepciones.
LA INGENIERIA GENETICA ES UNA FORMA ANTINATURAL DE TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES
La ingeniería genética es una colección de prácticas de laboratorio usadas para aislar y combinar material genético de varias especies, y luego multiplicar las nuevas construcciones en medios de cultivo convenientes, o en bacterias o virus en laboratorio. La mayoría de esas técnicas permiten transferir el material genético de una especie a otra que nunca intercambiaría su material genético con la primera por métodos naturales. Es así como material genético humano puede ser transferido a chanchos, ovejas, plantas, peces y bacterias y los genes de la tela araña a cabras. Genes totalmente nuevos y exóticos son introducidos en nuestros alimentos y en otros cultivos.
Con el fin de romper las barreras entre especies, los ingenieros genéticos han hecho una gran variedad de vectores artificiales (que acarrean genes), por medio de combinar los vectores naturales más infecciosos - virus, plásmidos y transposones - de distinto tipo. A estos vectores artificiales generalmente se les destruye su parte infecciosa, o se les inutiliza, pero están diseñados para cruzar una amplia gama de barreras entre especies. Entonces, el mismo vector puede transferir genes humanos a otros mamíferos y a plantas.
LOS PELIGROS DE LA TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES
La mayoría de vectores se derivan de virus, o tienen genes virales, que tienen la potencialidad de recombinarse con el material genético de otros virus, y generar nuevos virus infecciosos. Estos virus están apareciendo a una frecuencia alarmante. Los genes de resistencia a antibióticos, acarreados por los vectores artificiales pueden ser esparcidos a las bacterias patógenas.
Hay evidencias de que las dos cosas han sucedido a través de la transferencia horizontal de genes y recombinación.
Una manera de que se creen nuevos virus es a través de la recombinación de material genético viral que está en estado de adormecimiento o inactividad en plantas o animales. Este tipo de recombinación (entre virus externos y en estado de adormecimiento) ha sido asociado también con algunos tipos de cáncer en animales (17).
EL ADN TRANSGENICO TIENE MAYOR PROBABILIDAD DE SER TRANFERIDO
HORIZONTALMENTE QUE EL NO TRANSGENICO
- Las construcciones artificiales y los vectores han sido diseñados para que invadan genomas extraños, y para que rompan las barreras entre especies.
- Todas las construcciones genéticas artificiales son estructuralmente inestables (20), y por lo tanto propicias para la transferencia horizontal de genes.
- El mecanismo que posibilita la inserción de genes extraños en el genoma también les posibilita salirse de él y reinsertarse en otro sitio del genoma.
- El sitio de integración de la mayoría de los vectores artificiales usados comúnmente en ingeniería genética, poseen "puntos de recombinación" y por lo tanto han incrementado la propensión de transferencia horizontal de genes y la recombinación.
- Los promotores virales, como es el virus del mosaico de la coliflor, usado ampliamente para hacer que el gen insertado se sobre-exprese, contienen sitios de recombinación muy eficaces (21), y por lo tanto, van a aumentar las posibilidades de transferencia horizontal de genes.
- El estrés metabólico que sufren los organismos huéspedes por la sobre-expresión de los genes insertados puede contribuir a la inestabilidad de los insertos (22).
- Las construcciones genéticas extrañas y los vectores en los que son empaquetados, son típicamente mosaicos de secuencias de ADN de numerosas especies y sus parásitos genéticos. Esto significa que parásitos y huéspedes van a tener secuencias de ADN homólogas (similares). Significa también que van a haber muchas secuencias de ADN homólogas con un amplio rango de organismos, lo que facilitará la transferencia horizontal de genes y la recombinación.
CONCLUSIONES
La transferencia horizontal de genes es un fenómeno bien establecido. Ha sucedido a lo largo de la evolución hasta nuestro días. Es un fenómeno regulado por los límites naturales que existen entre especies, y por mecanismos que rompen e inactivan el material genético que es extraño para una especie.
Desafortunadamente, la ingeniería genética ha creado una gran variedad de construcciones genéticas artificiales, diseñadas para cruzar todas las barreras entre especies e invadir todos los genomas. Aunque las construcciones son básicamente las mismas en todas las aplicaciones de la ingeniería genética, algunas de las construcciones genéticas artificiales son las que vienen de los desechos y residuos de organismos transgénicos en uso contenido, porque pueden incluir construcciones que contienen genes de cáncer, de virus infecciosos y células de laboratorios de investigación donde se trabaja con células cancerosas y con fármacos para su cura, o virus y bacterias patógenas.
Todas estas construcciones genéticas artificiales, que nunca han existido en la naturaleza, constituyen una amenaza a toda la biosfera. Estas nunca hubieran existido si no hubiera sido por la ingeniería genética.
Hay una necesidad urgente de establecer un sistema regulatorio que prevenga el escape de estas construcciones genéticas al medio ambiente, y que se prohiba la creación de aquellas que son las más peligrosas.
NOTA: COMO ESTE ES UN RESUMEN DEL ARTICULO, ALGUNOS PIES DE PAGINA NO APARECEN EN EL ARTICULO, SIN EMBARGO EN LAS REFERENCIAS HEMOS INLCUIDO LA BIBLIOGRAFIA COMPLETA.
Referencias
1.Thanks to Dr. Beatrix Tappeser, Institute for Applied Ecology, Postfach 6226, D-79038, Freiburg, for this information. See also Barnett, A. (2000). GM genes 'jump species barrier' The Observer, May 28, 2000.
2.See Stephenson, J.R., and Warnes, A. (1996). Release of genetically-modified miroorganisms into the environment. J. Chem. Tech. Biotech. 65, 5-16; Harding, K. (1996). The potential for horizontal gene transfer within the environment. Agro-Food-Industry Hi-Tech
July/August, 31-35; Ho, M.W. (1996). Are current transgenic technologies safe? In Virgin, I. and Frederick R.J., eds. Biosafety Capacity Building, pp. 75-80, Stockholm Environment Institute, Stockholm; Traavik, T. (1999). Too Early May be Too Late, Report for the Directorate for Nature Research, Trondheim, Norway.
3.See www.i-sis.org
4.See Ho, M.W. (1998, 1999). Genetic Engineering Dream or Nightmare? The Brave New World of Bad Science and Big Business. Gateway, Gill & Macmillan, Dublin; Ho, M.W., Traavik, T., Olsvik, R., Tappeser, B., Howard, V., von Weizsacker, C. and McGavin, G.(1998). Gene Technology and Gene Ecology of Infectious Diseases. Microbial Ecology in Health and Disease 10, 33-59.
5.See Ho et al, 1998 (note 4) and references therein.
6.See Lorenz, M.G. and Wackernagel, W. (1994). Bacterial gene transfer by natural genetic transformation in the environment. Microbiol. Rev. 58, 563-602.
7.See Ho,1998, 1999 (note 4; Ho, et al, 1998 (note 4).
8.See Ho, M.W., Ryan, A., Cummins, J. and Traavik, T. (2000a). Unregulated Hazards: 'Naked' and 'Free' Nucleic Acids, ISIS & TWN Report, London and Penang. www.i-sis.org.
9.Grillot-Courvalin, C., Goussand, S., Huetz, F., Ojcius, D.M. and Courvalin, P. (1998). Functional gene transfer from intracellular bacteria to mammalian cells. Nature Biotechnology 16, 862-866.
10.See Nielsen, K.M., Bones, A.M., Smalla, K. and van Elsas, J.D.(1998). Horizontal gene transfer from transgenic plants to terrestrial bacteria - a rare event? FEMS Microbiology Reviews 22, 79-103.
11.See Ho et al, 2000a (note 9)
12.See Doolittle, W.F. (1999). Lateral genomics. Trends Cell Biol 9,5-8.
13.See Jain, R., Rivera, M.C. and Lake, J.A. (1999). Horizontal gene transfer among genomes: The complexity hypothesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 3801-3806; Shapiro, J. (1997). Genome organization, natural genetic engineering and adaptive mutation. TIG 13, 98-104; Ho, 1998,1999 (note 4).
14.See Ho et al, 1998 (note 4) for references.
15.See Ho et al, 2000 (note 8)
16.Reviewed in Ho et al, 1998 ( note 4).
17.Reviewed in Ho, 1998, 1999 (note 4) Chapter on "The mutable gene and the human condition".
18.See Ho et al, 2000 (note 9) and references therein.
19.See Ho, M.W. (1999). Special Safety Concerns of Transgenic Agriculture and Related Issues Briefing Paper for Minister of State for the Environment, The Rt Hon Michael Meacher www.i-sis.org
20.See Old, R.W. and Primrose, S.B. (1994). Principles of Gene Manipulation, 5th ed. Blackwell Science, Oxford; Kumpatla, S.P., Chandrasekharan, M.B., Iuer, L.M., Li, G. and Hall, T.c. (1998).Genome intruder scanning and modulation systems and transgene silencing. Trends in Plant Sciences 3, 96-104.
21.See Kohli, A., Griffiths, S., Palacios, N., Twyman, R.M., Vain,P., Laurie, D.A. and Christou, P. (1999). Molecular characterization of transforming plasmid rearrangements in transgenic rice reveals a recombination hotspot in the CaMV 35S promoter and confirms the predominance of microhomology mediated recombination. The Plant Journal 17, 591-601.
22.Finnegan, J. and McElroy, D. (1994). Transgene inactivation, plants fight back! Bio/Technology 12, 883-8.