CRISPR: El futuro del manejo de las enfermedades de las plantas

Al igual que los seres humanos, las plantas se enferman. Los microorganismos como hongos, oomicetos, bacterias, virus y nematodos (pequeños organismos similares a gusanos) pueden infectar a sus huéspedes vegetales, con consecuencias mortales. Esto podría no ser un gran problema para el Ficus de aspecto triste en tu sala de estar. Después de todo, siempre puedes reemplazarlo.

Las enfermedades que afectan nuestro suministro mundial de alimentos son otra historia. Las pérdidas debidas a enfermedades de las plantas pueden tener consecuencias tremendas para la seguridad alimentaria. Uno de los ejemplos más famosos de la historia es la hambruna irlandesa de patatas. Una enfermedad llamada Tizón tardío devastó los cultivos de papa en el siglo XIX. Esto dio lugar a la hambruna masiva y la emigración de Irlanda.

Esta hambruna se produjo antes de que los científicos y los agricultores se dieran cuenta de que los microorganismos podían causar enfermedades en las plantas. Por lo tanto, no conocían las prácticas que podrían prevenir las enfermedades ni las soluciones para controlarlas cuando ocurrieron. Hoy en día el campo de la fitopatología está dedicado al estudio de las enfermedades de las plantas y al desarrollo de estrategias de manejo. Sin embargo, las pérdidas globales de cultivos debido a enfermedades de las plantas todavía se estiman en un rango de 10 a 15%.

¿Por qué, más de 150 años después de la devastación causada por el patógeno del tizón tardío, los agricultores todavía tienen que preocuparse por esta y muchas otras enfermedades de las plantas?

Aunque ahora sabemos mucho más sobre los organismos que causan enfermedades, todavía tenemos muy pocas herramientas para prevenir la pérdida de cultivos. Los pesticidas pueden proporcionar cierta protección, y en algunos casos son muy efectivos. Pero, pueden ser caros. Si los pesticidas se usan con frecuencia, la población de organismos causantes de enfermedades puede generar una mutación genética. Esta mutación puede dar a la población una nueva capacidad para resistir este pesticida. Esto se llama resistencia a los pesticidas.

Los científicos de plantas están buscando maneras de ayudar a las plantas a soportar infecciones. Una de las mejores maneras es encontrar plantas que parecen tener su propia resistencia. Es posible que conozca a personas que nunca se resfrían ni se enferman de gripe; su sistema inmunológico parece manejar las infecciones mejor que otros. Es lo mismo en el mundo de las plantas. En algún lugar a lo largo del camino evolutivo, estas plantas desarrollaron una resistencia natural a uno o más patógenos. Estas son las plantas que todavía están en el campo después de que otras murieron, o que rinden bien cuando otras no pueden.

Para abordar el problema de las enfermedades de las plantas, una vez que los fitomejoradores identifican a estos individuos con resistencia natural, polinizan de forma cruzada esa planta con otra de alto rendimiento u otros atributos deseables. La esperanza es desarrollar una nueva variedad de plantas, que sea genéticamente única, que tenga tanto alto rendimiento (o buen sabor, etc.) como resistencia a enfermedades.

Sin embargo, encontrar individuos naturalmente resistentes a la enfermedad es difícil e identificarlos lleva tiempo. Incluso después de años de investigación, siempre existe la posibilidad de que la resistencia natural simplemente no exista en la población de plantas. Además, los esfuerzos de polinización cruzada llevan muchas temporadas de crecimiento: pruebas en el laboratorio, en invernaderos y en el campo. En general, generar una variedad de cultivo resistente a la enfermedad puede llevar una década o más. Pero, cuando tenemos una enfermedad devastadora en un cultivo importante, necesitamos una solución y rápido. Dado que los microorganismos con los que estamos luchando pueden generar sus propias mutaciones genéticas para superar la resistencia a las enfermedades de las plantas, el fitomejoramiento tradicional no siempre puede proporcionar una solución a largo plazo.

Por estas razones, la ingeniería genética será el futuro de generar cultivos resistentes a las enfermedades. ¿Recuerda que una de cada millón de plantas, naturalmente resistentes, que se requieren para generar cultivos resistentes utilizando mejora vegetal hoy? ¿Y si los científicos pudieran crear esa planta resistente?

Bueno, usando una técnica llamada CRISPR los científicos pueden. CRISPR significa "repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente, interpuestas". Ese es un nombre muy complicado para algo que fue encontrado como un "mecanismo de afrontamiento" por las bacterias. Sí, CRISPR es una estrategia que algunas bacterias evolucionaron como defensa contra los virus. ¡Las bacterias también pueden contraer la gripe!

El proceso CRISPR en bacterias funciona así: Las bacterias guardan secuencias de ADN de virus dentro de su genoma en regiones de su ADN en algún punto de su proceso de recuperación. El lugar donde se guarda esta información contiene grupos de secuencias de ADN repetitivas, de ahí el nombre. Las secuencias de ADN del virus guardadas luego actúan como "tomas" para una enzima en la bacteria llamada Cas9. Si las enzimas Cas9 de la bacteria ven otro virus invasor que tiene la secuencia de ADN correspondiente en el genoma de la bacteria, actúan como tijeras moleculares para cortarla. ¡Es como un portero en la puerta de un bar!

Los científicos han descubierto que este mismo proceso se puede aplicar a las plantas. Los investigadores especializados en genética de plantas tienen varios métodos que han desarrollado para administrar la enzima bacteriana, Cas9, a las células vegetales vivas. Entregan Cas9 junto con una "guía de ARN". El ARN guía luego hace lo que su nombre indica y guía a Cas9 hacia el gen objetivo, el que tiene la foto de la taza correspondiente.

 El ARN guía luego hace lo que su nombre indica y guía a Cas9 hacia el gen objetivo, el que tiene la foto de la taza correspondiente. Este gen es entonces interrumpido por la acción de corte de Cas9.

Debido a las capacidades de regeneración únicas de muchas plantas, ¡una planta entera puede crecer fuera de las células transformadas por este proceso CRISPR! Esto da como resultado una planta que carece del gen de susceptibilidad dirigido y, por lo tanto, es resistente a las enfermedades. Luego, los criadores pueden comenzar su proceso, ya armados con una planta resistente a enfermedades lista para usar. Por lo tanto, el uso de CRISPR acelera enormemente el proceso para generar cultivos resistentes a enfermedades.

Podría preguntarse en qué se diferencia esta técnica de las herramientas utilizadas para crear organismos modificados genéticamente, o OMG, que los agricultores ya están creciendo. Se utilizaron enfoques de ingeniería genética más antiguos para tomar genes de, por ejemplo, una bacteria, e insertarlos en una planta, como el maíz. Esto ayudó a desarrollar maíz que es resistente a ciertas plagas de insectos. Esa planta es lo que la gente llama un OGM, porque tiene ADN de otro organismo. Las investigaciones científicas no han demostrado que los OMG sean dañinos para la salud humana, pero no siempre gozan de una reputación positiva.

CRISPR es un enfoque que no requiere la adición de ADN extraño a una planta. Simplemente hace un pequeño corte en el genoma de la planta que proporcionará grandes beneficios. También es más rápido, menos costoso y más fácil de usar que las técnicas de ingeniería genética más antiguas.

Los desafíos para nuestro suministro de alimentos son grandes. Además de las sequías, el calor, el frío y todas las demás tensiones que deben afrontar nuestros cultivos, también hay enfermedades. Las nuevas técnicas, como CRISPR, pueden ayudarnos a esperar un futuro de alimentos más abundantes y cultivados de manera más sostenible.

Fuente: ASA/CSSA