Víctor Loyola Vargas, experto en embriogénesis somática
Por Marytere Narváez
Mérida, Yucatán. 13 de diciembre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Víctor Manuel Loyola Vargas destaca entre los nombres que cuentan con mayor antigüedad en el Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY), pues fue parte del grupo de científicos que iniciaron las primeras líneas de investigación de la institución en la década de los ochenta y, a lo largo de su trayectoria, dio vida a muchos de los planes académicos más exitosos de la península de Yucatán.
En el marco del XXXVII aniversario del CICY, Loyola Vargas fue reconocido como profesor emérito del centro público de investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), distinción que se suma a sus reconocimientos como investigador nacional emérito del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), Presidential Fellow de Colorado State University (2008), Premio Nacional de Química Andrés Manuel del Río (1999) y Premio Nacional de Ciencias Farmacéuticas Dr. Leopoldo Río de la Loza (1990), entre varios otros.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el investigador compartió los motivos que han guiado su actividad científica como investigador de la Unidad de Bioquímica y Biología Molecular de Plantas del CICY, donde se ha dedicado a estudiar preguntas fundamentales en torno a la embriogénesis somática.
Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿En qué consiste la embriogénesis somática?
Víctor Manuel Loyola Vargas (VMLV): La embriogénesis somática es la posibilidad que tienen las células vegetales —solo las vegetales— de que una célula se convierta en un nuevo organismo mediante la formación de un embrión somático. No importa de dónde tomes la célula, puede ser de la hoja, la raíz o el tallo, y produce una planta completa funcional.
Imagina que tienes una hoja, separa las células de la hoja —son millones, eso se puede hacer fácilmente— y ahora tú le pones a ese matraz donde tienes las células separadas una toxina que secreta el picudo (Rhynchophorus ferrugineus), un virus, una bacteria o un hongo y van a matar al total, pero alguna célula va a tener el mecanismo de resistencia, ya sea porque no le permite penetrar o porque destruye la toxina.
De esa célula que tú seleccionaste puedes generar una planta que es resistente y esa es la posibilidad que te da la herramienta desde la parte aplicada. Por otro lado, esta es una de las preguntas más importantes de todos los tiempos de la biología, ¿cómo una célula que está creciendo de forma somática, como nuestra piel —y todas las células excepto nuestros óvulos y espermatozoides—, de repente recibe una señal que ahora la convierte en el embrión de una planta completa? ¿Cuál es la señal y cómo responde esa célula? Esa es una de las preguntas más importantes en la biología moderna y eso es lo que me atrajo como reto.
AIC: ¿Qué componentes hay en la embriogénesis somática?
VMLV: Una de las cosas que tiene la embriogénesis somática y el cultivo de tejido es que tú lo puedes manipular. Nosotros ya sabemos una gran cantidad de factores que afectan el proceso, por ejemplo, la fuente de nitrógeno que está en el medio modifica sustancialmente la respuesta embriogénica, pero también hay una serie de sustancias que llamamos reguladores de crecimiento y en diferentes combinaciones provocan que en lugar de que crezca una planta normal, tú cultivas únicamente la parte aérea o únicamente la raíz. Es decir, lo puedes controlar usando concentraciones diferentes de estos reguladores de crecimiento.
Hay uno de estos en particular que pertenece al grupo de las auxinas, el ácido-3-indol acético, que es una molécula muy simple químicamente e incluso Charles Darwin experimentó con ella. Las plantas crecen hacia la luz, eso se llama fotomorfogénesis, y lo provoca el movimiento diferencial de las auxinas. En la embriogénesis somática, las auxinas tienen un papel central porque apagan y encienden genes, se tienen que transportar y se tienen que localizar únicamente en ciertas células, es un proceso increíblemente complejo.
Así como las auxinas, hay otras sustancias reguladoras de crecimiento que están implicadas. En mi laboratorio y en muchos otros del mundo, estamos tratando de ver qué hacen esos compuestos, cada día nos acercamos más pero todavía estamos lejos. Con la velocidad con que avanza el conocimiento, tal vez en un par de años alguien lo pueda descubrir, incluso accidentalmente, como ha habido miles de descubrimientos en ciencia.
AIC: ¿Qué proyectos desarrolla actualmente con embriogénesis somática?
VMLV: En el año 2000 hicimos esto para el Consejo Mexicano del Café, pero luego el consejo desapareció y perdimos todo porque las plantaciones que habíamos empezado —eran 13 en siete estados de la república— eran a doble ciego, ni los campesinos ni nosotros sabíamos dónde estaban ubicadas las plantas producidas por embriogénesis somática con el fin de evitar sesgos en la evaluación y solo el consejo lo sabía.
Con el proyecto de Alianza Estratégica para el Desarrollo Sustentable de la Región Pacífico Sur (Adesur), tenemos oportunidad nuevamente de producir algunas hectáreas de cafeto que tenemos con facilidad en el laboratorio y va a ser muy interesante porque vamos a poder seguir la fenología del desarrollo de las plantas, sabemos que pueden ir al campo y sobrevivir el viaje, incluso voltearse de cabeza en el avión.
Por otro lado, hemos trabajado a lo largo de más de 20 años para crear un proceso muy eficiente de reproducción de plantas de Coffea arabica y Coffea canephora, que son las dos especies comerciales del cafeto.
Cuando nosotros empezamos a trabajar, Coffea arabica era la planta de importancia y prácticamente nadie quería saber de Coffea canephora; hoy en día, la producción mundial de Coffea canephora es de 42 por ciento del total de la producción, comparado con el miserable cinco por ciento que era hace 20 años. En México, ya hay dos compañías produciendo Coffea canephora de forma comercial. Nosotros tenemos un sistema muy bueno para esta especie, de cada embrión conseguimos una planta, eso es muy eficiente porque prácticamente no hay ningún otro sistema igual, excepto los modelos con zanahoria que es donde más se ha estudiado ya que es más fácil reproducirlo en laboratorio, pero resulta mucho mejor en especies comerciales como el café. Tú puedes tener un litro de medio de cultivo y ahí puedes tener 20 mil embriones. Si puedes sembrar una hectárea con seis mil plantas, con un litro de medio de cultivo puedes sembrar tres hectáreas a la densidad de siembra comercial.
Ahora hemos estado trabajando muy duro en Coffea arabica. La diferencia entre las dos es que Coffea arabica es el que tomas en Italian Coffee Company y Coffea canephora es el que tomas en el café soluble. Tienen diferencias importantes desde el punto de vista biológico, como su resistencia a las enfermedades, pero no se pueden cruzar porque una tiene 22 cromosomas y la otra tiene 44. Por tanto, hay que buscar otros métodos de mejoramiento genético y la biotecnología es la herramienta por excelencia para que lo podamos hacer. Hemos estado trabajando todos estos años en Coffea arabica, particularmente con nuestra técnica, y ahora tenemos un proceso que es bueno, no se compara todavía con Coffea canephora como para pensar en sembrar seis hectáreas, pero sí para pensar en que ya tenemos una base para que en un par de años ya pudiéramos tener un sistema mucho mejor.
Desde luego, queríamos contestar la pregunta que más de 100 laboratorios en el mundo tratan de responder porque con esto vamos a saber cómo manejar el sistema. Esa es la importancia de saber qué es lo que dispara el proceso, porque uno va a tener el control, puedes prender y apagar el sistema como te plazca. Desde el punto de vista biológico, sería impresionante saber qué hace la célula, qué señal permite que una serie de genes se encienda y cambie completamente su programa genético, que de estar creciendo vegetativamente pasa a dar origen a una planta.
AIC: ¿Cuáles son las ventajas que ofrece la embriogénesis somática para el sector agroalimentario?
VMLV: Nosotros hemos trabajado desde cosas muy básicas modificando el medio de cultivo, hasta cosas más sofisticadas. Cuando expones una célula a un efecto de crecimiento, estrés, etcétera, muchos de sus genes se transcriben, los conviertes en un mensajero y luego en una proteína que finalmente es lo que mueve a la célula. A eso de pasar de un gen al ARN mensajero le llamamos transcripción, y de pasar del mensajero a la proteína le llamamos traducción. El estudio de todos los transcriptos que se producen durante un proceso determinado le denominamos transcriptómica; en tanto que al estudio del total de las proteínas presentes le llamamos proteoma.
La ventaja es que con esto lo haces masivo, tú tienes ahí todos los mensajeros, los secuenciamos todos y por comparación con bases de datos puedes ir identificándolos. En nuestro caso, ya hemos identificado una gran cantidad de ellos. Ahora le estamos preguntando al sistema qué pasa si yo muto ciertos genes. Por ejemplo, mi predicción es que si ese gen es importante para la embriogénesis, no habrá embriogénesis y luego yo puedo restablecer el gen por ingeniería genética. Hace 20 años eso era casi increíble, pero ahora es rutina de todos los días en nuestros laboratorios con una técnica llamada CRISPR que se inventó hace tres años para mutar específicamente genes de los que, según la evidencia previa en la literatura, pueden ser los genes importantes.
Estamos empezando a mutarlos y ver si esa nueva planta que producimos con esa mutación ya no puede producir embriones. Después, vamos a restaurar el gen que mutamos en la planta y vamos a buscar un gen silvestre para recuperar su capacidad. Esa es la forma en que se han dilucidado todas las rutas metabólicas desde los años cincuenta en bacterias, pero en plantas eso era prácticamente imposible. Por eso Arabidopsis thaliana se convirtió en el modelo tan excepcional que es para estudiar la genética de las plantas. Solo tiene cinco cromosomas y en 40 días ya se tiene su ciclo biológico completo en el laboratorio. Nosotros estamos empezando a usar la técnica CRISPR como herramienta para contestar la pregunta que nos permita después manipular el sistema.
AIC: ¿Cuáles son los retos de este desarrollo en el sector agroeconómico?
VMLV: Los ingenieros agrónomos hacen transgénicos, solo que para pasar los genes de resistencia a plantas productivas hacen un coctel de genes al producir los híbridos, cuyas semillas después se siembran en el campo y se seleccionan las pocas que crezcan. Mientras que la ingeniería genética toma de esta población los genes que dan la resistencia y se les introduce de manera muy específica a la planta productiva, el proceso es mucho más efectivo que el proceso tradicional. El rechazo hacia los transgénicos se debe a que lo produjeron las grandes compañías como Monsanto y no se ha visto mucho el beneficio para los agricultores en el día a día, además de que las compañías que produjeron eso no solo te venden la semilla para tener una mejor producción, sino que también te venden los herbicidas y todo un paquete que volvió depredador al sistema.
Sin embargo, la ingeniería genética sucede todos los días en la naturaleza y además nos la comemos. A gran parte de la población le gustan las fresas, y ese es un híbrido hecho por el hombre, no es una planta natural. El maíz, el ícono cultural de nuestro país, no existía. Fue el teocintle que tomaron nuestros antepasados agricultores y a través de miles de años de modificaciones lo domesticaron, lo convirtieron en el maíz. El maíz criollo es maíz que accidentalmente se escapó de las plantaciones de maíz cultivado y se las arregló para sobrevivir sin la ayuda humana. Por eso son tan valiosos, son una fuente invaluable de resistencia a enfermedades, entre otras características.
México es el principal productor de café orgánico del mundo y se paga tres veces más que el valor del café normal. Por otro lado, ya no hay más superficie agrícola que cultivar, toda está ocupada y la población está creciendo, por lo tanto necesitamos producir más alimento en la misma superficie y condiciones ambientales, cambiando rápidamente, necesitamos que se mueran menos plantas por el ataque de patógenos y plagas. La mejor herramienta que tenemos a la mano para que eso sea viable, en el mediano plazo, es la ingeniería genética, no hay opción.
Aquí en el CICY trabajamos en este campo en los grupos de Biotecnología y Bioquímica, tanto como herramienta para contestar preguntas básicas, como para producir plantas que tengan ciertas capacidades. Tenemos una biofábrica que coordina el doctor Carlos Borroto, en la que se produce agave y otros cultivos como cocotero y piña. Con el proyecto de Adesur va a entrar el café, lo vamos a hacer primero en mi laboratorio y luego se pasará a la biofábrica para que se produzca comercialmente.
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