Informe presentado para la asignatura Célula, Genoma y Organismos el 23 de mayo de 2011, obteniendo la calificación máxima. Otros participantes del trabajo fueron Alexandra Cantero, Estéfani Guzmán, Cristóbal Lara y Daniel Medina.
Introducción
El cultivo celular es un proceso utilizado principalmente en la biología, consistente en el aislamiento de células –sin importar su clasificación– para ser cultivadas en un ambiente controlado. Es una técnica compleja mayoritariamente utilizada en células pluricelulares eucarióticas animales, pero puede ser también aplicada en vegetales, hongos y microorganismos.
Sus orígenes se remontan a mediados del siglo XIX, cuando el fisiólogo inglés Sydney Ringer mantuvo latiendo un corazón animal fuera del cuerpo en una solución salina. Los primeros avances significativos se produjeron durante los años ‘40 y ‘50, especialmente en el ámbito de la virología. A partir de entonces, los cultivos celulares han sido la base de una infinidad de avances y estudios científicos, pasando a constituir una parte fundamental dentro de la biotecnología. Sus numerosas aplicaciones se encuentran orientadas a una gran variedad de ramas de la ciencia.
Por ejemplo, en farmacología, se puede obtener una producción segura de insulina para el tratamiento de diabetes tipo I y II mediante un cultivo de células pancreáticas. Siguiendo esta lógica, podemos afirmar que cualquier enzima puede ser sintetizada in vitro, lo que se traduce en un tratamiento para muchas enfermedades causadas por hipofunciones glandulares. Los cultivos pueden ser aplicados también a la inmunología, la reparación de tejidos, los estudios bacteriológicos, entre otros.
La producción natural de alimentos cada día posee más barreras, producidas por diversos factores. Hasta no hace mucho, observábamos con impotencia la destrucción de plantaciones completas a causa de climas hostiles o plagas incontrolables. A esto debemos adicionar el aumento brutal de la densidad poblacional, por lo que cada día es más necesaria la productividad óptima de los cultivos agrícolas.
El objetivo de este informe es demostrar que el uso de cultivos celulares vegetales es una excelente propuesta para alcanzar una producción de alimentos en cantidad y calidad suficiente, colaborando en solucionar los crecientes problemas de abastecimiento global al constituir una técnica segura y efectiva. Además, a través de la mejora génica es posible aportar una mayor cantidad de nutrientes y conferirle a los alimentos propiedades antes impensadas que pueden ser de una gran utilidad, no sólo para quienes sufren a diario el flagelo del hambre, sino para la humanidad en su totalidad.
Principio de totipotencia
Todo cultivo de células y tejidos vegetales es basado en el principio de totipotencia, que indica que cualquier célula vegetal contiene una copia íntegra del material genético de la planta a la que pertenece, sin importar su posición o función en ella, y posee el potencial para regenerar una planta completa, puesto que su diferenciación celular no es permanente. El proceso de transformación de una célula vegetal determinada a una planta u órgano se denomina organogénesis.
El procedimiento general consiste en la inoculación de un medio de cultivo gelificado con un fragmento de tejido u órgano vegetal, llamado explante, previamente tratado para eliminar todo organismo que se encuentre en su superficie. Las mejores fuentes de explantes son las plantas jóvenes o en desarrollo que poseen tejidos meristemáticos y, por lo tanto, crecimiento vegetativo vigoroso. Las células meristemáticas se distinguen por su tamaño relativamente pequeño, citoplasma denso, forma isodiamétrica, pared celular fina, mínima vacuolación y un gran núcleo. La selección del explante correcto es importantísima, pues el éxito del cultivo vegetal depende de su calidad, la que a su vez depende de la planta madre.
El cultivo se incuba bajo condiciones fisicoquímicas, nutricionales y ambientales –luz, temperatura y humedad– controladas, que conducen el desarrollo del explante hacia la formación de una masa amorfa llamada callo, o hacia la diferenciación en un tejido organizado que producirá órganos o embriones. Los callos pueden subcultivarse para su mantenimiento y propagación o pasarse a un medio de cultivo líquido para obtener células y pequeños agregados en suspensión. En tanto, los cultivos de órganos se pueden rediferenciar hasta formar plantas completas que luego son transferidas a un invernadero.
Las principales aplicaciones de la técnica de cultivo de células, tejidos y órganos vegetales son en los campos de propagación, obtención de plantas libres de organismos patógenos, preservación de germoplasma, mejoramiento genético, biosíntesis de metabolitos e investigación básica en áreas como la genética, fisiología y bioquímica. Muchas de estas aplicaciones se encuentran directamente relacionadas con la calidad del futuro alimento.
La micropropagación, la embriogénesis y la organogénesis pueden utilizarse para obtener clones somáticos, regenerando plantas completas con características uniformes y así obtener vegetales valiosos, libres de microorganismos, difíciles de obtener por métodos de cultivo tradicionales y completamente aptos para el consumo humano.
Además, los cultivos vegetales, como todos los cultivos in vitro, poseen la enorme ventaja de poder almacenarse por grandes periodos de tiempo mediante alguno de los métodos de conservación utilizados para microorganismos, como lo son la refrigeración y la criopreservación. La refrigeración consiste en el mantenimiento del cultivo dentro de un contenedor a bajas temperaturas. En cambio en la criopreservación, adicionalmente a la presencia de bajas temperaturas, el cultivo es congelado. De este modo se puede asegurar el abastecimiento nutricional a largo plazo, algo poco probable mediante las técnicas de cultivo tradicionales.
Si los cultivos in vitro son sometidos a condiciones de estrés fisiológico, pueden expresar características de adaptación y resistencia que en condiciones naturales nunca manifestaron, creciendo en forma selectiva aquellas células capaces de adaptarse a sus nuevas condiciones. Esta variación genética también se puede inducir por técnicas de transformación genética por inclusión de ADN foráneo –ya sea mediante bacterias del suelo o bombardeo con partículas cubiertas de transgenes–, dando origen a las plantas transgénicas.
Las plantas transgénicas pueden destinarse a la producción de frutas y semillas mejoradas o como fuente directa de alimento tanto humano como animal. También pueden ser usadas para la obtención de compuestos naturales de importancia farmacéutica e industrial como fármacos, sabores y aromas, o usarse como biorreactores para la producción de nuevas biomoléculas como proteínas, antígenos y anticuerpos.
Sin embargo, aunque las plantas transgénicas representan la alternativa más viable para satisfacer las necesidades de alimentos para las generaciones futuras, estas son menos aceptadas por la población general. Una razón es la presencia de nuevas funciones enzimáticas y bioquímicas, cambios metabólicos inesperados que pueden ocurrir como consecuencia del rearreglo o pérdida del ADN cromosomal. La mayoría de las plantas transgénicas contiene genes que producen compuestos para la resistencia a un herbicida o algún insecto específico, lo que puede finalmente inducir resistencia en otras variedades de plantas dependientes de estos insectos específicos, provocando su extinción.
Las múltiples investigaciones en torno a los cultivos celulares vegetales han demostrado que son una alternativa viable, efectiva y saludable a las técnicas agrícolas tradicionales al erradicar la proliferación de organismos patógenos y aprovechar las propiedades congénitas de las plantas como lo es la totipotencialidad de sus células, principio sobre el cual se basa gran parte de la biotecnología vegetal. La correcta selección de los explantes permite la generación de vegetales de calidad prácticamente insuperable que además poseen las ventajas de poder preservarse en el tiempo asegurando el abastecimiento. Todo el conjunto configura enormes beneficios que, tal vez debido al desconocimiento general, no estén siendo aprovechados en su totalidad por la sociedad.
Además, los cultivos vegetales in vitro permiten y facilitan la variación genética, proporcionando características y capacidades nuevas, como mayor y más rápido crecimiento, rendimiento, productividad, mejores frutos y semillas, resistencia a pestes y enfermedades, tolerancia a calor, frío, sequía y salinidad.
Pudimos observar que estas propiedades adquiridas son objeto tanto de admiración como de rechazo por parte de la sociedad –que lamenta la pérdida de las características originales de las plantas–, y concluir que, aunque las plantas transgénicas prometen ser la fuente de alimentos y compuestos farmacológicamente activos para el futuro, su liberación y uso debe ser rigurosamente reglamentado y considerar estrictamente los riesgos expresados tanto por científicos como por activistas antigenetistas.
Sin embargo, todo lo expuesto no significa en absoluto que la última palabra sobre el tema ya esté dicha; el desarrollo de la ciencia nos sorprenderá en el mañana con técnicas aún más novedosas y originales que contribuyan al bienestar de la humanidad. Aquí radica la importancia de informarse sobre nuestros logros y desafíos a fin de contribuir formando parte activa del desarrollo, y no pasar a engrosar las filas de los detractores que –con argumentos muchas veces carentes de evidencia y fundamentos– se oponen al avance de la ciencia.
- ATEHORTÚA, Lucía: Bioagricultura urbana ayudaría a alimentar al mundo [en línea]. Red de Ciencia y Desarrollo, 2010.
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- JENG FU, Tong: Plant Cell and Tissue Culture for the Production of Food Ingredients. USA: Kluwer Academic Publishers Group, 1999.
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- SEGRETÍN, María Eugenia: Los cultivos celulares y sus aplicaciones I [en línea]. Consejo argentino para la información y el desarrollo de la biotecnología, 2011.
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