Tomates CRISPR fritos

Por Lluis Montoliu, el 26 octubre, 2021. Categoría(s): divulgación científica • edición genética • organismo editado genéticamente
Imagen de los primeros tomates editados genéticamente mediante las herramientas CRISPR y con un alto contenido en GABA, producidos por la empresa japonesa SanaTechSeed. Fotogafía: SanaTechSeed

Parafraseando la famosa película hoy quiero hablaros de unos tomates que muy probablemente sean los primeros productos alimenticios aprobados y destinados al consumo que ya se han comercializado. Han sido producidos mediante la tecnología de edición genética con las herramientas CRISPR-Cas9. Estos tomates, producidos en Japón por la empresa SanaTechSeed, tienen un elevado contenido en GABA (ácido gamma-aminobutírico), que es un neurotransmisor que actúa como inhibidor en el sistema nervioso, disminuyendo su actividad (tiene un efecto calmante, y rebaja la excitación neuronal producida por la ansiedad o el estrés). Además, puede reducir una elevada presión sanguínea, que es un conocido factor de riesgo para la aparición de enfermedades cerebro y cardiovasculares. La utilidad práctica de todas estas indicaciones parece ser discutible, aunque hay estudios recientes que las avalan parcialmente, y atestiguan la potencial utilidad y baja toxicidad de añadir GABA a la alimentación en cantidades moderadas.

Las aplicaciones de las técnicas de edición genética con CRISPR en alimentación, sobre todo en productos vegetales, ya han producido numerosas plantas editadas genéticamente listas para ser consumidas, una vez sean aprobadas. En algunos casos, como los champiñones que no ennegrecen al cortarlos en láminas, se optó por no regularlos, pero esto no implica que hayan sido aprobados finalmente para el consumo, y, de hecho, no hay constancia de que se hayan comercializado. Por eso, estos tomates editados con CRISPR y ahora producidos y comercializados por SanaTechSeed es probable que sean los primeros vegetales editados destinados al consumo cuya comercialización ya ha sido aprobada. De momento solo en Japón. La comercialización empezó el pasado 15 de septiembre de 2021 aunque la autorización de las autoridades japonesas la habían recibido en diciembre de 2020. Hace poco comenté en este blog una comida transgénica que se celebró en California y que incluía una cerveza cuyas levaduras habían sido modificadas con CRISPR, y por lo menos tenemos constancia de un repollo editado con CRISPR que se produjo y consumió en Suecia, aunque en este caso se trataba más de una acción reivindicativa. En cualquier caso, os recomiendo que reviséis atentamente las entradas que sobre este tema ha publicado mi colega y amigo J.M. Mulet en su blog «Tomates con genes«.

Publicación científica original, de Nonaka y colaboradores, en la revista Scientific Reports, en la cual se describen estos tomates editados con CRISPR con alto contenido en GABA.

Vamos a descubrir la ciencia que hay detrás de estos tomates, que es lo que me interesa contar en esta nueva entrada del blog. Estos tomates editados con CRISPR y con alto contenido en GABA en realidad derivan de un experimento realizado en la Universidad de Tsukuba (Japón), en el laboratorio del Dr. Hiroshi Ezura, que fue publicado como artículo científico en la revista Scientific Reports en 2017, y corregido en 2019 (las unidades mostradas en la Figura 1B y 1C eran incorrectas).

GABA se encuentra normalmente en bacterias, animales y plantas. Los tomates son una las plantas que, de forma natural, contienen mayores niveles de GABA. Y, por otra parte, son un fruto consumido de forma universal. De ahí que los autores escogieran esta especie (Solanum lycopersicum) para intentar aumentar su contenido en GABA.

La biosíntesis de GABA depende de una enzima llamada Glutamato descarboxilasa (GAD). Esta proteína tiene, en su extremo carboxilo terminal (al final de la molécula) un dominio auto-inhibidor que regula la actividad enzimática de GAD. La eliminación de esta parte terminal auto-inhibidora mediante CRISPR permitiría que la síntesis de GABA por parte de GAD ocurriera de forma constante, y, con ello los niveles de GABA serían presumiblemente más elevados. Esta fue la hipótesis con la que trabajaron estos investigadores japoneses.

Esquema preparado por la empresa SanaTechSeed que muestra como el recorte (mediante las herramientas CRISPR) del dominio auto-inhibidor de la enzima GAD, responsable de la producción de GABA, permite que aquella funcione permanentemente y se logren elevar los niveles finales de GABA en estos tomates. Fuente: SanaTechSeed.

En el tomate hay cinco genes que codifican otras tantas variantes de la enzima GAD (SlGAD1, SlGAD2, SlGAD3, SlGAD4 y SlGAD5). Pero solo dos de ellos: SlGAD2 SlGAD3 se expresan durante el desarrollo del fruto del tomate. Por ello, lo que estos investigadores se propusieron fue eliminar las secuencias que codifican el extremo carboxilo auto-inhibidor de estos dos genes, mediante la introducción de un codón de STOP previo a ese dominio auto-inhibidor, utilizando las herramientas de edición genética CRISPR-Cas9. De esta manera la síntesis de las proteínas GAD2 y GAD3 quedaba truncada prematuramente, antes de llegar a su extremo final normal, y no podían ya regular la producción de GABA durante el desarrollo del fruto del tomate. Una modificación sencilla, técnicamente posible mediante CRISPR y con gran potencial. Veamos si les funcionó el experimento.

Lo primero que comprobaron estos investigadores japoneses es que las proteínas GAD2 y GAD3 con su extremo carboxilo recortado producían mayores cantidades de GABA, usando un sistema de expresión en bacterias. Estos resultados positivos les llevaron a abordar el experimento en las plantas de tomate, usando el sistema de Agrobacterium para introducir los reactivos CRISPR-Cas9, esto es, el gen que codifica la nucleasa Cas9 y los genes que producen las guías ARN complementarias a las zonas terminales de los genes SlGAD2 SlGAD3 que se querían eliminar, y que le indican a la Cas9 dónde tiene que cortar. Estas plantas de tomate iniciales sí son transgénicas, pues incorporan los genes del sistema CRISPR-Cas9.

Naturalmente, en estas plantas trasngénicas con los reactivos CRISPR-Cas9, encontraron una enorme variabilidad de alelos generados, con inserciones y deleciones, y con la aparición de codones stop. Esto es normal, y el resultado habitual de toda edición genética con las herramientas CRISPR-Cas9 de primera generación, cuyos cortes en el ADN, al repararse azarosamente, generan esta gran cantidad de productos editados. Nada menos que 107 plantas de las 243 mutantes generadas fueron confirmadas como homocigotas (portadoras de la misma mutación en ambos alelos de los genes SlGAD2 SlGAD3) y, entre ellas, las había que llevaban deleciones (hasta de 200 nucleótidos), inserciones de un nucleótido, o mezcla de las dos cosas. Mediante cruces consiguieron segregar (eliminar) los reactivos CRISPR-Cas9, y seleccionar solo las plantas portadoras de ediciones genéticas en los genes SlGAD2 SlGAD3.

Gráfica que corresponde a la Figura 5 del artículo en Scientific Reports de 2017 que muestra la acumulación de GABA en las plantas de tomate editadas (TG3C37), hasta 15 veces más (125 mg GABA/100 g de fruto) que en las plantas silvestres control (C, WT, ~10 mg GABA/100 g de fruto). Gráfica: Figura 5 de Nonaka et al. 2017.

Sin embargo no todo les salió como esperaban. Las mutaciones en el gen SlGAD2, que también se expresaba en hoja, llevaban a un acúmulo tan grande de GABA en las hojas que comprometía el desarrollo de la planta, siendo estas más pequeñas, retrasando el desarrollo floral (y, por lo tanto, el de los frutos), o no produciendo flores en absoluto. Estas alteraciones no se observaron en los mutantes SlGAD3, cuya expresión está más restringida al fruto, observándose una acumulación de GABA de hasta 125 mg/100 g de fruto, 12-15 veces más alto que el valor normal, y sin alteraciones en el desarrollo de la planta, en particular sin problemas para desarrollar flores y los frutos posteriores. Por eso los investigadores concluyeron que la edición del gen SlGAD3, que trucaba su extremo carboxilo terminal, era suficiente para generar plantas con un nivel elevado de GABA, y todavía dentro de los límites de seguridad (de no toxicidad) determinados.

Teniendo en cuenta los estudios existentes en los que constata una reducción de la hipertensión moderada con la ingesta diaria de 10-20 mg de GABA, esto correspondería a 3-6 tomates tipo-«cherry» (Micro-Tom, comentan los autores) con esta mutación en el gen SlGAD3, o aproximadamente una porción de 1/10 de un tomate de tamaño normal.

El tomate finalmente comercializado por la empresa SanaTechSeed, tras los cruces correspondientes, deriva de estos tomates editados en el gen descritos en el artículo de Nonaka y colaboradores, de 2017, y la variedad final tiene el nombre comercial de «Sicilian Rouge High GABA«. Estas plantas no son transgénicas, son simplemente editadas genéticamente, con una mutación en el gen SlGAD3, una mutación que bien podría haber ocurrido espontáneamente en la naturaleza. Mediante cruzamiento y segregación se han eliminado los genes añadidos que codifican para los reactivos CRISPR-Cas9 (las guías ARN y la nucleasa Cas9). En los frutos de esta planta final de tomate comercializada se acumulan unos niveles de GABA de 5 a 6 veces superiores a los que acumularían las plantas de tomate no editadas. Solo cuatro años han bastado entre la descripción de la planta editada y su comercialización. Esto ha sido posible debido a que las autoridades japonesas no han regulado este producto como Organismo Modificado Genéticamente. Lo único que exigieron las autoridades a la empresa es que incluyeran una etiqueta en el producto que dijera que estos tomates son «mejorados con tecnología de edición genética» (improved using genome editing technology). Estos tomates editados con CRISPR se venden ya en Japón a unos 19 Euros/kilo. Allí, el precio de 1 kilo de tomates habituales ronda los 6 Euros.



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