Hoy hablamos de una noticia muy pero que muy biotecnológica. Un grupo de investigadores del Centro John Innes inglés ha desarrollado tomates con vitamina D gracias a su modificación génica. ¿Cómo? Con CRISPR-Cas9 y una bacteria… ¿Cuál podría ser su utilidad? ¿Por qué es esencial la vitamina D? ¿Cómo lo han logrado? ¡Sigue leyendo!
Empecemos por la vitamina D. ¿Por qué es importante esta vitamina en nuestro organismo?
La vitamina D es imprescindible para el correcto funcionamiento de nuestro organismo ya que es clave para la absorción de calcio, elemento principal de nuestros huesos. Además, es necesaria para el funcionamiento de los sistemas nervioso, inmune y muscular.
“La carencia grave de vitamina D puede causar raquitismo en bebés y niños, y osteomalacia en los adultos, aunque actualmente es poco frecuente en los países desarrollados. Sin embargo, la deficiencia subclínica de vitamina D es más frecuente, y se asocia a osteoporosis y a una mayor incidencia de fracturas” (Chang & Lee, 2019).
Además, un déficit en vitamina D puede aumentar el riesgo de desarrollar enfermedades como el cáncer, el Parkinson, la depresión, la demencia…
Pero si tan imprescindibles es… ¿De dónde obtenemos la vitamina D?
De alimentos como el pescado azul, las yemas de huevo, el hígado, los champiñones… y principalmente (el 90%) de la radiación UV del sol.
Ojo, esto no quiere decir que la radiación ultravioleta del sol deje de ser peligrosa en exceso y sin protección.
Se sabe que la protección solar no impide la síntesis de vitamina D, y que tan solo son necesarios entre 8 y 15 minutos de exposición diaria para alcanzar los niveles adecuados. Es decir, tomar el sol con precaución no está reñido con la obtención de la esencial vitamina D.
¿Qué ocurre con la radiación UV solar? Que transforma un precursor, el 7-dehidrocolesterol (7-DHC) de las células de nuestra piel en pre-vitamina D3, que posteriormente se transformará en vitamina D3.
En el caso de la alimentación ya ingerimos la propia vitamina D. Mientras que de los animales obtenemos la isoforma 3 (vitamina D3 o colecalciferol), de los vegetales obtenemos la isoforma vitamina D2 (o ergocalciferol).
*Paréntesis. Las isoformas son las diferentes formas que puede adquirir la misma proteína.
Ya en nuestro organismo, y procedan del origen del que procedan, tanto la vitamina D3 como la D2, biológicamente inactivas, necesitan una conversión enzimática adicional para activarse.
El hígado hace la primera transformación a calcidiol, la forma circulante de la vitamina D. Después, en los riñones (y otros tipos celulares) pasa a ser calcitriol. Este será reconocido por los receptores de vitamina D (VDR) que se expresan en todas las células nucleadas de nuestro cuerpo, donde realizará todas sus funciones.
¿Qué ocurre en los tomates?
Es en este contexto, en el que un grupo de investigadores del Centro John Innes ha desarrollado una hortaliza, el tomate, rico en esta vitamina.
El tomate tiene en sus células el mismo precursor que nosotros en la piel, el 7-DHC, sin embargo, este ni se acumula ni se transforma en vitamina D. ¿Por qué? Porque una enzima, (con un nombre algo estrambótico, la SI7-DR2), lo transforma en ciertos compuestos con funciones defensivas en la planta. Dicho de otro modo, que ni tomates (ni ninguna otra fruta, verdura u hortaliza) son buena fuente de vitamina D. Al menos hasta ahora…
¿Qué han observado estos científicos?
Que bloqueando la acción de esta enzima, el 7-DHC podría ser transformado, mediante la exposición a la radiación UVB del sol, en vitamina D3, igual que ocurre en nuestra piel.
Es decir, la vitamina D3 generada en el propio tomate por la exposición a la radiación UV, podría ser transformada en nuestro organismo a las formas activas, igual que si procediera de cualquiera de los alimentos ricos en vitamina D. En este sentido, consumiendo una hortaliza, que de forma normal no contiene vitamina D, podríamos adquirir los niveles de vitamina D3 equivalentes a dos huevos medianos o 28 gramos de atún.
¿Cómo han bloqueado esta enzima?
A nivel génico, es decir, eliminando el gen e imposibilitando por tanto, la producción de la proteína. ¿Cómo? Con el sistema CRISPR-Cas9.
Sistema CRISPR-CAS9
Aunque ya hemos hablado más en detalle de este sistema haremos un pequeño resumen.
¿Qué significa CRISPR? Pues exactamente viene a significar: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, lo que en castellano se traduce como “Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas.”
¿Y Cas9? CRISPR associated system, es decir sistema asociado a CRISPR, y no es más que una enzima (una proteína que facilita una reacción) muy relacionada con este sistema.
Este sistema se descubrió en bacterias, en las cuales tenía un papel de defensa contra virus, principalmente. Porque sí, hay virus específicos de las bacterias (los bacteriófagos). Podríamos decir que el sistema CRISPR-CAS9 es su sistema inmunológico.
¿Cómo funciona el sistema CRISPR-Cas9 en bacterias?
Cuando un virus ataca lo primero que hace es introducir su DNA (o RNA) en el interior de la bacteria. ¿Qué hace la bacteria? Guarda un pequeño fragmento de esos genes, es decir, adquiere memoria de ese fragmento. Cuando el virus ataque de nuevo, la bacteria reconocerá su material genético y lo destruirá mediante la enzima Cas9 induciendo un corte de doble cadena.
Es decir, para que el sistema funcione se necesitan 3 elementos:
- Una secuencia idéntica al DNA del virus que ataca (la que guarda la bacteria): la diana.
- Una secuencia que interaccione con la enzima Cas9 y la “lleve” a la diana.
- La enzima Cas9.
¿Cómo podemos utilizar nosotros este sistema?
Basándonos en este sistema podemos construir lo que se denomina una guía de RNA: una secuencia complementaria a la que nos interesa degradar unida a la secuencia de interacción de Cas9. Así introduciendo esta guía y la proteína Cas9 en cualquier tipo de célula, seríamos capaces de degradar cualquier fragmento de DNA.
Y es este sistema CRISPR-Cas9 el que han utilizado los investigadores para destruir en las células de tomate la enzima SI7-DR2. Tan sencillamente como diseñando la guía de RNA contra dicho gen.
¿Pero cómo introducen la guía y la enzima Cas9?
A través de una bacteria que de forma natural infecta células vegetales y transfiere parte de su ADN: Agrobacterium tumefaciens. Si nosotros modificamos genéticamente estas bacterias introduciéndoles los genes que nos interesen podremos transferírselos a las plantas a través de su infección.
Sé que cuesta imaginárselo, así que si no conoces esta divertida bacteria te dejo por aquí más información.
En resumen, estos investigadores, utilizando el sistema CRISPR-Cas9, han suprimido la expresión del gen de la enzima Si7-DR2 en células de tomate. De este modo, han conseguido que esta proteína no se produzca y por tanto no se transforme el 7-DHC en las sustancias defensivas. Si estas células vegetales se exponían a la radiación UV del sol se conseguía transformar el 7-DHC en vitamina D3, que podría ser aprovechada por nuestro organismo.
Además, se observó que la ausencia de actividad de la SI7-DR2 no tenía efectos en el crecimiento, desarrollo o rendimiento de las líneas de tomate creadas por modificación genética.
Tal y como cierran los autores su trabajo: “La edición de Sl7-DR2 podría generar alteraciones similares en cualquier variedad de tomate de élite, lo que significa que el tomate podría ser una fuente vegetal y sostenible de vitamina D3”.
¿Podría ser el tomate una nueva fuente de vitamina D en nuestra alimentación? ¿Otras partes no comestibles de las plantas modificadas podrían ser una fuente de vitamina D para producir suplementos vitamínicos? Solo tenemos que esperar a que las investigaciones avancen. De momento, a principios de julio se espera que estén maduros los primeros tomates ricos en vitamina D.
¿Te ha gustado el post? ¿Has aprendido algo nuevo? ¿Quieres conocer más al detalle este asunto? No dudes en dejar un comentario o ponerte en contacto a través de maria@mariairanzo.com para más dudas. Visita también mis redes sociales para mantenerte al día de todas las novedades de la web, y suscríbete para recibir en primicia todas las publicaciones: https://www.mariairanzobiotec.com/suscribete-al-blog-de-ciencia-y-biotecnologia/
REFRENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Chang SW, Lee HC. Vitamin D and health – The missing vitamin in humans. Pediatr Neonatol. 2019 Jun;60(3):237-244. doi: 10.1016/j.pedneo.2019.04.007. Epub 2019 Apr 17. PMID: 31101452.
Hille F, Richter H, Wong SP, Bratovič M, Ressel S, Charpentier E. The Biology of CRISPR-Cas: Backward and Forward. Cell. 2018 Mar 8;172(6):1239-1259. doi: 10.1016/j.cell.2017.11.032. PMID: 29522745.
Li J, Scarano A, Gonzalez NM, D’Orso F, Yue Y, Nemeth K, Saalbach G, Hill L, de Oliveira Martins C, Moran R, Santino A, Martin C. Biofortified tomatoes provide a new route to vitamin D sufficiency. Nat Plants. 2022 May 23. doi: 10.1038/s41477-022-01154-6. Epub ahead of print. PMID: 35606499.
Young, A.R., Narbutt, J., Harrison, G. I., Lawrence, K. P., Bell, M., O’Connor, C., … Philipsen, P. A. (2019). Optimal sunscreen use, during a sun holiday with a very high ultraviolet index, allows vitamin D synthesis without sunburn. British Journal of Dermatology, 181(5), 1052–1062. https://doi.org/10.1111/bjd.17888
