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Biotecnología

Los secretos de la dulzura

Pretenden identificar los genes encargados de la producción de sacarosa de la caña de azúcar

En los próximos tres años, láminas especiales de vidrio del tamaño de un dedo, en las cuales se insertan miles de genes o fragmentos de ADN, podrán revelar al hombre los caminos de la biología molecular que llevan a la producción de variedades más dulces de caña de azúcar. En 2007, con la ayuda de las láminas denominadas microarrays o chips de ADN, investigadores paulistas pretenden identificar genes que favorezcan a la planta en la acumulación de altos contenidos de sacarosa, el popular azúcar de mesa, durante su proceso de maduración.

“Si descubrimos buenos marcadores moleculares implicados en ese proceso, podremos más rápidamente desarrollar variedades genéticamente modificadas más ricas en azúcar”, dice Glaucia Mendes Souza, del Instituto de Química de la Universidad de San Pablo (IQ/USP), coordinadora de los estudios. “En un estudio piloto, identificamos 20 marcadores de acumulación de sacarosa, pero la meta es encontrar muchos otros”. Los microarrays también se utilizaran para procurar genes involucrados en la resistencia a las plagas (insectos), en la tolerancia a la escasez de agua y en la interacción de la caña con bacterias naturales que le ayudan a fijar el nitrógeno en sus raíces, y funcionan como fertilizantes del cultivo.

Plantas así, ricas en sacarosa y más fuertes, serían en cultivo ideal para los productores de azúcar y de alcohol. Por eso, el proyecto cuenta con financiamiento del programa Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE) de la FAPESP, del Centro de Tecnología Cañera (CTC), de Piracicaba, controlado por la Cooperativa de Productores de Caña, Azúcar y Alcohol del Estado de San Pablo (Copersucar), y de la central Centralcool, de la ciudad de Lucélia, noroeste de São Paulo. “Estamos invirtiendo en la mejora de nuestra materia prima, la caña de azúcar”, dice Carlos Yokio Nomura, gerente de logística de Centralcool.

La expresión de los genes en 12 tipos de caña, todas desarrolladas por los técnicos del CTC por medio del tradicional cruzamiento de plantas con diferentes características, será objeto del análisis por parte del equipo de Glaucia. “Son variedades que se crearon en nuestro programa de mejoramiento genético, pero no son plantas transgénicas”, afirma el ingeniero agrónomo Eugênio César Ulian, gestor de biotecnología del CTC. Producir cañas transgénicas es una meta para un segundo momento del trabajo, cuando se identificarán los principales genes responsables por la producción de sacarosa en la planta.

Si el proyecto genera innovaciones tecnológicas de interés comercial, las tres fuentes que financiaron los estudios serán las titulares de su patente. También las universidades de los investigadores involucrados en la iniciativa – además de la USP, hay científicos de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) y de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) enganchados en los estudios – tendrán derecho a una parte de los royalties generados por eventuales patentes.

Menos preocupado en producir conocimiento básico para la academia y más abocado a hallar soluciones tecnológicas capaces de aumentar la competitividad de sectores de la economía paulista y nacional, el PITE, que reúna a las universidades paulistas y a las empresas del sector del azúcar y alcohol, es un hijo directo de una gran tarea científica sobre la caña: el proyecto Sucest, sigla en inglés para Sugar Cane EST, también conocido como Genoma Caña.

Entre las contribuciones del Sucest, que movilizó a 240 investigadores y fue concluido en 2003, se destaca la estructuración de un gran banco de datos sobre el material genético del vegetal. En él hay informaciones sobre el seguimiento de cerca de 240 mil fragmentos de genes, denominados ESTs, o etiquetas de secuencia expresa. “El Sucest nos dio la base para montar nuestro proyecto”, comenta Glaucia, que va a almacenar las informaciones sobre las funciones de los genes descubiertas por los estudios con microarray en un segundo banco de datos, recién construido.

La tecnología de los chips de ADN permite analizar cuáles genes o trozos de genes de un organismo se expresan (se usan) en diferentes situaciones. No es una herramienta para descubrir genes difíciles de identificar, pero sí para mapear el papel, la función de los genes o pedazos de ADN previamente conocidos, cuya secuencia se había determinado mediante el empleo de otras técnicas de la biología molecular.

Esta metodología es muy empleada actualmente en trabajos relativos a las bases genéticas de enfermedades humanas. En estudios sobre el cáncer, por ejemplo, los microarrays son usados para comparar el funcionamiento de conjuntos de genes en tejidos sanos y enfermos. De esta forma, los científicos identifican cuales genes son más, menos e igualmente expresados por células normales y con tumores. Los experimentos con chips de ADN generan figuras donde los genes insertados en las láminas se representan por puntos. Los puntos rojos representan los genes que se expresan más en una determinada situación que en otra. Los verdes representan a los menos expresados, y los amarillos, los que se usaron en ambas situaciones. Si un gen se muestra superexpresado en un contexto determinado, como en un tejido con cáncer, quiere decir que es importante para la ocurrencia de esa condición.

Fracción genómica
En la búsqueda de los secretos moleculares que tornan a la caña más dulce y resistente a las plagas, los investigadores van a construir un microarray con 4.608 genes. Ése no es el número total de genes que componen el genoma del vegetal, sino solamente una fracción de ellos – la fracción más importante para los estudios comparativos que se harán. “Nuestros resultados preliminares con un chip piloto con 1.920 genes fueron prometedores”, evalúa Glaucia. En los experimentos más cruciales del proyecto, que van a intentar descubrir las bases genéticas de la acumulación precoz de la sacarosa en el tallo de la planta, el funcionamiento de ese conjunto de genes se medirá en cuatro tipos de caña de azúcar.

Dos variedades producen de manera precoz mucha azúcar, inmediatamente en el inicio de la zafra, en el mes de mayo. Las otras dos variedades demoran más tiempo para alcanzar contenidos elevados de sacarosa. “Vamos a observar la expresión de los genes durante todo el proceso de maduración de la planta”, dice Ulian. Las comparaciones se efectuarán en cuatro momentos del año: antes de la zafra de la caña (en marzo) y al comienzo (mayo), en el medio (julio) y al final (septiembre) de la zafra. El comportamiento de los genes se analizará en dos tipos de tejidos, en las hojas y en el tronco (tallo), donde se concentra la sacarosa.

Los estudios que tienden a encontrar genes para la promoción de otras características económicamente deseables en la caña de azúcar tendrán un diseño similar. Las bases moleculares para la tolerancia a la falta de agua serán objeto de un trabajo que va a comparar la expresión de genes en cuatro variedades de caña, dos adaptadas a climas secos y dos no acostumbradas a la aridez. Siguiendo esta lógica de confrontar el funcionamiento de los mismos genes en variedades de la planta con rasgos que contrastan, también se analizarán variedades poco y muy resistentes a enfermedades, y susceptibles a la acción de bacterias fijadoras de nitrógeno.

Si todo marcha bien, los investigadores y las empresas de alcohol y azúcar que participan en el PITE habrán identificado genes capaces de aumentar la capacidad productiva de un cañaveral. Con esos datos, será posible, teóricamente, producir plantas genéticamente modificadas más eficientes y seguras para el ambiente – o, si las empresas prefieren no crear plantas transgénicas, sino obtener nuevas variedades por el proceso clásico de mejoramiento genético.

El Proyecto
Transcriptoma de la caña de azúcar (nº 03/07244-0); Modalidad Programa Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE); Coordinadora Glaucia Mendes Souza – Instituto de Química/USP; Inversión R$ 555.693,00 – US$ 82.867 (FAPESP) y R$ 800.000,00 (CTC y Centralcool)

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