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Biotecnología

Genes silenciados

Una herramienta molecular basada en la técnica de ARN interferente podría ayudar a combatir las plagas agrícolas

El sector agrícola dispone de una nueva herramienta biotecnológica para combatir las plagas agrícolas, que causan graves pérdidas a los cultivos en todo el mundo. Las multinacionales estadounidenses Monsanto, recientemente adquirida por la alemana Bayer, y DowDuPont obtuvieron el año pasado la aprobación para el uso comercial en Estados Unidos de una semilla transgénica elaborada mediante la técnica de silenciamiento génico por ARN (ácido ribonucleico) interferente, o simplemente ARNi. Esta técnica, cuyo efecto es insecticida, fue ideada para controlar la larva denominada gusano alfilerillo o gusano de la raíz del maíz (Diabrotica virgifera), la fase larval de un escarabajo que constituye la principal amenaza para las plantaciones de maíz en aquel país. Es la primera vez que las moléculas de ARNi se utilizan para combatir las plagas del campo.

En Brasil, la empresa Tropical Melhoramento & Genética (TMG), con sede en Paraná, que se especializa en la mejora genética de soja y algodón, espera disponer para este año de una molécula de ARNi para su uso contra la chinche de la soja, también denominada chinche marrón neotropical (Euschistus heros), una plaga importante de esa oleaginosa. El desarrollo de la tecnología lo están realizando investigadores de la Universidad de Campinas (Unicamp). La Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa) también desarrolló un frijol transgénico con la técnica de ARNi, pero para poder controlar un virus al cual se lo conoce como mosaico dorado del frijol, que acomete a ese cultivo. Aunque ya fue aprobado en 2011 por la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio), del Ministerio de Ciencia, Tecnología, Innovación y Comunicaciones (MCTIC), el producto todavía no se comercializa.

Las moléculas de ARNi, creadas en laboratorio, neutralizan la acción de un gen determinado en un organismo cualquiera, de ahí la expresión silenciamiento génico. Su mecanismo de acción es similar al que se activa naturalmente en todos los seres vivos al luchar contra ataques virales. Cuando eso ocurre, las defensas del organismo tratan de neutralizar la actividad del invasor, silenciando sus genes. De manera análoga, la tecnología de ARNi provoca que la célula ataque al producto de su propio gen, como si estuviera destruyendo el material genético viral, en un proceso similar al de una respuesta autoinmune. En su uso agrícola, el ARNi está programado para inactivar genes específicos de plagas y patógenos asociados a procesos esenciales para su supervivencia.

El descubrimiento de que el proceso de interferencia por ARN podría utilizarse en beneficio del organismo humano les granjeó a los investigadores Andrew Fire y Craig Mello, del Instituto Carnegie, de Washington, el premio Nobel de Medicina de 2006. Ese hallazgo fue prometedor porque reveló una nueva forma de asumir el comando celular, abriendo un abanico amplio de aplicaciones. Desde entonces, la herramienta se aplica en la investigación básica para el estudio de la función génica y, en el área de la salud, genera expectativas para el tratamiento de enfermedades genéticas.

Para entender cómo funciona esta nueva tecnología es necesario acordarse de los procesos de la biología celular, puntualmente del mecanismo de expresión genética. Los genes son segmentos de la molécula de ADN que controlan las funciones metabólicas de las células, principalmente por medio de la producción de proteínas. “Nuestra información genética se encuentra almacenada en su totalidad en nuestro ADN. Para darle vida y uso a esa información, el ADN debe, inicialmente, ser transcripto en ARN. Luego, ese ARN mensajero se traduce en proteínas. Este constituye el proceso básico de la expresión génica”, explica el biólogo Alexandre Garcia, gestor de investigación de TMG.

Tal como su nombre lo deja claro, la molécula sintética de ARNi interfiere en el proceso de traducción del ARN mensajero en proteína, fragmentándolo. Esa molécula intercepta y destruye las informaciones celulares transmitidas por el ARN en el interior de la célula antes de que puedan procesarse y originen proteínas. De ese modo, el proceso de expresión génica que dependía de los datos contenidos en aquél ARN no podrá llevarse a cabo.

Un maíz pionero
El maíz transgénico que lanzaron en conjunto Monsanto y DowDuPont fue denominado internamente como DvSnf7, y su nombre comercial es SmartStax. Esa sopa de letras está formada por las iniciales de la oruga Diabrotica virgifera y el nombre del gen blanco, Snf7. Cuando el insecto se alimenta de esta planta, la molécula de ARNi ingresa en su organismo y silencia el gen Snf7, impidiendo la producción de una proteína que resulta vital para el funcionamiento de los tejidos del gusano alfilerillo. Eso provoca la muerte del insecto, al cual se lo conoce como “el escarabajo de los mil millones de dólares” a causa del daño enorme que ocasiona a los agricultores estadounidenses. La química brasileña Renata Bolognesi integró el equipo de Monsanto que creó el maíz transgénico.

“La aplicación de la tecnología de ARNi en la agricultura es bastante prometedora”, resalta el ingeniero agrónomo Henrique Marques-Souza, docente del Instituto de Biología (IB) de la Unicamp y líder de un grupo de investigación nacional sobre silenciamiento génico. Él se especializó en el tema durante su doctorado en la Universidad de Colonia, en Alemania, que concluyera en 2007, y prosiguió durante el posdoctorado en la Universidad de California, en Berkeley, Estados Unidos, que desarrolló entre 2008 y 2010. De regreso en Brasil, comenzó a dar clases en la Unicamp, donde creó el Brazilian Laboratory on Silencing Technologies (Blast) y encauzó sus estudios sobre silenciamiento génico hacia la agricultura.

El mayor reto para la creación de un insecticida con ARNi de aplicación tópica reside en la reducida estabilidad de la molécula en el ambiente

En 2012, Marques-Souza y el ingeniero agrónomo Antonio Vargas de Oliveira Figueira, del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura de la Universidad de São Paulo (Cena-USP), montaron un banco de secuencias del gusano minador del tomate, la polilla del tomate (Tuta absoluta), y efectuaron ensayos de silenciamiento génico para diversos genes de ese insecto. “Ese trabajo le confirió visibilidad a nuestro grupo. Hoy en día, podemos desarrollar la tecnología de ARNi virtualmente para cualquier plaga de cualquier cultivo”, afirma el investigador de la Unicamp. El año pasado, TMG adquirió la licencia de esa técnica vía Inova, la agencia de innovación de la Unicamp.

El primer producto que desarrollará la empresa a partir de esa herramienta será destinado al control de la chinche marrón de la soja, una de las mayores amenazas para los cultivos nacionales de soja. “Para fin de año esperamos tener definidas las mejores moléculas de ARN. Todo el trabajo se llevará a cabo con carácter experimental y por medio de estudios controlados”, comenta Garcia de TMG, haciendo hincapié en que el camino para que esas moléculas se transformen en un producto comercial es largo y depende tanto de la tecnología que se emplee para promover su aplicación como del escenario de permisos legales.

Según Marques-Souza, existen dos formas de lograr que las moléculas de ARNi entren en contacto con las plagas: mediante la creación de plantas transgénicas, a ejemplo de lo que hicieron Monsanto y DowDuPont con el maíz DvSnf7, o recurriendo al desarrollo de productos insecticidas. Ésta última es la elección de TMG, con miras a crear un producto de aplicación tópica, como por ejemplo un pulverizador. “Aparte de reducir el tiempo insumido para la producción de una variedad transgénica, el ARNi tópico puede considerarse un producto natural, ya que se trata de una molécula biológica que no causa alteraciones genéticas en el cultivo de interés o en el organismo deseado”, explica Marques-Souza.

La concepción de un insecticida con ARNi, sin embargo, no es algo trivial, y se necesitan superar algunos escollos. “Esas moléculas se degradan velozmente en el ambiente, lo que dificulta la creación de un producto para aplicarlo en el cultivo. Por esa razón, ya hay investigaciones con miras a hacer uso de recursos nanotecnológicos para proteger la molécula de ARNi e incrementar su estabilidad”, resalta el biólogo Fernando Luís Cônsoli, del Departamento de Entomología y Acarología de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) de la USP, en Piracicaba, en el interior paulista.

El nanoencapsulado de moléculas de ARNi es el tema del proyecto de doctorado del biólogo Cyro von Zuben, alumno del IB-Unicamp, bajo la supervisión de Marques-Souza. De aquí a fin de año se van a realizar ensayos con nanopartículas de arcilla, en conjunto con el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT, según su sigla en portugués), del gobierno paulista, y con el Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano), del Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM), para diversas especies que son objeto de estudio en el laboratorio Blast. En Australia, un grupo de investigación publicó hace poco tiempo un artículo donde se describe el uso de nanopartículas que garantizan la integridad y la provisión de ARNi durante 30 días.

Cônsoli también advierte que el proceso de selección de moléculas de ARNi debe tener en cuenta el riesgo de que ellas afecten a la propia planta o a organismos que no son el objetivo de la tecnología, e incluso al hombre. Según Marques-Souza, esa es una preocupación real, pero podrá superarse. “Cuando se selecciona un blanco génico para afectar al organismo de una plaga, debemos tener cuidado de no escoger una secuencia génica que sea complementaria de un gen de la planta o de cualquier otro organismo que se alimenta de ella. Si se toman estos recaudos, el silenciamiento génico sólo se producirá en el organismo en la mira”, dice. “El aval de que el ARNi no surtirá ningún efecto en humanos sólo vendrá luego de muchos estudios”.

Alexandre Garcia subraya: “La tecnología se basa en secuencias de ARN. Todos los seres vivos poseen secuencias en común, pero cada especie posee innumerables secuencias únicas que las diferencian de otras especies”. En la actualidad, con la cantidad de información y bases de datos de genomas a disposición, pueden encontrarse secuencias que son exclusivas de la especie objeto en cuestión, y diseñar moléculas que actuarán solamente sobre esas secuencias. “De esa manera, todo el proceso se torna específico y exclusivo para el organismo blanco”, argumenta.

La normativa de la CTNBio
Al comienzo del año se dio un paso importante para la reglamentación del uso del ARNi tópico en Brasil cuando la CTNBio publicó una normativa definiendo a la tecnología en cuestión como un método que no involucra transgenia y clasificándolo como una Técnica Innovadora de Mejora de Precisión (Timp). A partir de ahí, la misma no estará sujeta a los mismos criterios de aprobación que se exigen para los organismos modificados genéticamente.

“El proceso para generar una planta transgénica y superar todos los mecanismos regulatorios globales para la aprobación de su cultivo comercial es extremadamente oneroso y lento, pudiendo sobrepasar un monto de 100 millones de dólares y demorarse hasta 15 años”, dice Garcia. “El uso de la tecnología de ARNi como producto de aplicación tópica, para el caso de la chinche de la soja, ofrece mejores perspectivas. Esta tecnología estará a disposición de los agricultores brasileños en algunos años más”.

Proyecto
ARNi para el control de Tuta absoluta en las tomateras (nº 11/12869-6); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Antônio Vargas de Oliveira Figueira (USP); Inversión R$ 153.800,39

Artículos científicos
PARTHASARATHY, R. et al. Physiological and cellular responses caused by RNAi-mediated suppression of Snf7 orthologue in western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera) larvae. PLOS ONE. Online. 18 ene. 2013.
CAMARGO, R. A. et al. RNA interference as a gene silencing tool to control Tuta absoluta in tomato (Solanum lycopersicum). PeerJ. Online. 15 dic. 2016.

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