Ricardo Ramos.
Director de IMDEA Alimentación

PERSPECTIVA

Es un hecho indiscutible que la tecnología de datos ha entrado a formar parte de nuestro día a día. La Genética no es en absoluto ajena a los avances que se producen en la Sociedad y también ha evolucionado en los últimos 25 años de forma dramática.

Posiblemente el punto de inflexión que ha posibilitado el alcance de la Genómica actual lo tengamos que buscar en el proyecto Genoma Humano, no solamente por su importancia por sí mismo, sino por el desarrollo tecnológico que supuso. La rivalidad por culminar este proyecto entre un consorcio científico internacional y un grupo de empresas fue también un hecho inaudito y de alguna manera supuso un cambio de paradigma en la forma en la que se abordaba la Ciencia. Por primera vez, la investigación se empezaba a ver como una oportunidad a nivel práctico y no sólo a nivel de conocimiento.

Seguramente el punto más disruptivo fue el desarrollo tecnológico asociado a esa carrera de secuenciación, que propició un aumento de productividad increíble. Podemos calcular que los secuenciadores automáticos que se diseñaron para abordar el Proyecto Genoma Humano hace ahora unos 25 años multiplicaron por un factor > 100 nuestra capacidad de generar datos. El desarrollo en paralelo de las nuevas tecnologías informáticas y bioinformáticas, que resultan indisociables de la Genómica actual, acabó de permitir un salto cualitativo que abría la puerta de acceso hacia la información genética de cualquier organismo.

A pesar del poco tiempo transcurrido, la Genómica actual es la conocida como Segunda Generación y supone una mejora, una vez más, de la productividad de secuenciación por un factor que se puede estimar de nuevo en > 100 veces en términos de velocidad y ahorro. Es la tecnología que conocemos como secuenciación masiva, que hace asequible el estudio del material genético de cualquier organismo con todo detalle. En definitiva, oportunidad, capacidad y potencialidad han sido las tres bases de la actual Genómica, que es ya una disciplina que trasciende el estudio del genoma humano y que es una herramienta imprescindible para cualquier estudio de mejora que queramos plantear.

¿QUÉ CONSIGUE LA GENÓMICA?, ¿CUÁL ES LA IMPORTANCIA DE SECUENCIAR UN GENOMA?

Un genoma consiste en una sucesión lineal de moléculas (nucleótidos) ordenadas, que la célula es capaz de interpretar (“descodificar”) para fabricar las proteínas que componen cada organismo. Los genomas de las plantas de interés agrícola son especialmente complejos en comparación con los genomas de los animales y los microorganismos: contienen muchas duplicaciones, son poliploides y han sido bastante inaccesibles a muchos estudios genéticos debido a su complejidad. La posibilidad actual de secuenciar su material genético completo de una forma rápida y eficaz es una vía directa para conocer las bases moleculares de sus propiedades naturales.

Los “fenotipos”, es decir, las propiedades externas que somos capaces de observar o de cuantificar en las distintas especies vegetales (por ejemplo, la resistencia al estrés hídrico, la capacidad de floración, la presencia de una actividad bioquímica específica, la acumulación de nutrientes…) suponen la presencia activa en la planta de enzimas o conjuntos de enzimas que catalizan una serie de procesos bioquímicos cuyo resultado final es la consecución de la actividad que nosotros apreciamos. Estas enzimas activas no son sino proteínas que están codificadas por genes dispersos en el genoma. En ocasiones, los genes que colaboran en una función común están regulados de forma coordinada mediante un sistema de encendido/ apagado coordinado e incluso están físicamente situados en posiciones adyacentes en el genoma formando lo que conocemos como “operones”.

En otras ocasiones, pueden estar separados físicamente y estar sometidos a mecanismos de regulación independientes. El resultado final es la presencia de proteínas (enzimas), basada en la “expresión” de determinados genes, que realizan la función encomendada. Lo que la secuenciación de genomas nos permite es caracterizar (es decir, definir, conocer y estudiar) los genes que forman parte del sistema que estamos analizando, o, dicho de otra forma, conocer el genotipo que se asocia a cada fenotipo.

LAS VARIANTES MOLECULARES Y SU APLICACIÓN

La relación direccional gen → proteína → función no es una situación completamente cerrada, sino que tiene cierto grado de variabilidad. Si pensamos por ejemplo en una proteína vegetal tan ubicua como la RUBISCO, todas las plantas poseen esa enzima (y por tanto sus genomas contienen los genes que la codifican) pero no todos los genes de RUBISCO de todas las plantas son absolutamente idénticos.

Por el contrario, contienen las denominadas variantes génicas, que químicamente son sustituciones o pequeñas variaciones de nucleótidos que, manteniendo una estructura final que preserva la función, permiten adaptaciones de la función enzimática. Lo mismo ocurre con cualquier gen: cada organismo de una especie (y cada persona) tiene una dotación genética común, pero con diferencias sutiles en cada gen, responsables de la modulación fina de cada actividad funcional. Esta es la base genética de las variedades vegetales: cada variedad contiene modificaciones de secuencia en su ADN (respecto a un hipotético genoma tipo o de referencia) que se traducen en enzimas y funciones alteradas (mejoradas o reducidas).

Es imposible no valorar lo bastante la importancia de disponer de una herramienta de análisis rápida, eficaz y económica que permita identificar la base molecular de las distintas propiedades biológicas presentes en cada especie. Este conocimiento es aún más relevante si pensamos que, además, tenemos la posibilidad de actuar sobre el sistema modificándolo. Actualmente disponemos de las llamadas herramientas de edición génica, mediante las cuales somos capaces de intervenir sobre los genomas de las especies, añadiendo o eliminando genes con herramientas específicas o modificando sutilmente la secuencia de cada gen para que codifique variantes en las que estamos interesados.

Aplicando todos los sistemas de seguridad biológica necesarios, la biotecnología actual es eminentemente una biotecnología genética, absolutamente específica y dirigida.

Gracias a las técnicas de secuenciación genómica y a las posibilidades de edición, tenemos la capacidad de crear nuestros “injertos” genéticos aportando a voluntad las propiedades que necesitamos incorporar. Es necesario ser muy preciso y cuidadoso, asegurar que no introducimos cambios no deseados y aplicar los máximos controles de calidad y bioseguridad, pero sin duda el manejo de los genomas y sus propiedades va a ser la forma en que podamos conocer y adaptar nuestros cultivos a las necesidades actuales, utilizando (y es preciso hacer hincapié en esto) variedades genéticas que ya estaban presentes en la naturaleza en otros contextos y que ahora simplemente trasladamos a nuestras variedades para que adquieran las propiedades que necesitamos incorporar en ellos, a voluntad y de manera eficaz.