Mito 5.11: La transferencia horizontal de genes procedentes de cultivos MG a bacterias u organismos superiores es improbable o no tiene consecuencias

Mito: La transferencia horizontal de genes procedentes de cultivos MG a bacterias u organismos superiores es improbable o no tiene consecuencias

Realidad: Los genes modificados pueden ser liberados al medio mediante la transferencia horizontal de genes, con consecuencias potencialmente graves

El mito en unas líneas: 

La transferencia horizontal de genes (THG) es el movimiento de material genético a través de mecanismos diferentes a la reproducción, entre individuos de la misma o de distintas especies.

A menudo se afirma que la THG de cultivos MG (modificados genéticamente) a bacterias, animales o humanos es poco probable o no entraña consecuencias. Sin embargo, científicos independientes han advertido de que los genes MG podrían escapar desde los cultivos MG a otros organismos mediante la THG.

La THG entre unas plantas y otras o entre plantas y animales parece ser un evento poco frecuente.

La vía por la que es más probable que se dé la THG es la entrada de ADN en bacterias del medio o del tracto digestivo. Se ha demostrado que este último caso ya se ha dado en el caso de bacterias intestinales de humanos que consumen soja transgénica.

Otros escenarios menos probables incluyen la THG por parte de la bacteria patógena A. tumefaciens o de distintos virus. Sin embargo, dada la distribución global de cultivos MG y la intención de que se utilicen durante décadas, incluso las posibilidades más nimias se traducen en una probabilidad alta de que se den estos eventos de THG. Es una cuestión de tiempo.

Los impactos negativos y riesgos asociados con la THG deben ser tenidos en cuenta al considerar la bioseguridad en general de cualquier cultivo MG.

La mayoría de incidentes de contaminación genética se dan a través de la polinización cruzada, la contaminación de semilla almacenada o por no separar productos MG (modificados genéticamente) de no-MG (no modificados genéticamente) tras la cosecha. Pero durante años, algunos científicos han advertido de que los genes modificados también podrían escapar de los cultivos MG hacia otros organismos a través de lo que se denomina transferencia horizontal de genes (THG). La THG es el movimiento de material genético entre individuos a través de mecanismos diferentes a la reproducción. Estos individuos pueden pertenecer a la misma especie o a especies diferentes. La reproducción, en cambio, es una transferencia vertical de genes, ya que los genes pasan de generación en generación, de padres a hijos, dentro de la misma especie o de especies muy emparentadas.

Basándonos en datos experimentales muy limitados, la THG de plantas a bacterias u organismos pluricelulares (plantas, animales u hongos) se considera muy poco habitual, aunque sí se sabe que la THG ocurre muy frecuentemente entre distintas especies de bacterias y más raramente entre especies más complejas a través de determinados mecanismos. La página web GMO Compass, financiada por la Comisión Europea, afirma que la THG de plantas a bacterias "sólo puede observarse en condiciones optimizadas de laboratorio".[1]

Gijs Kleter, un miembro del Comité sobre OMG de la Autoridad Europea en Seguridad Alimentaria (EFSA), afiliado durante algunos años al grupo financiado por la industria de los OMG llamado ILSI,[2] se encuentra entre quienes argumentan que si se dieran eventos de THG desde plantas transgénicas comercializadas a bacterias intestinales, es improbable que esto pudiera suponer un riesgo para la salud.[3]

Existen varios mecanismos a través de los cuales puede ocurrir la THG, algunos de los cuales son más probables que otros. La THG ocurre fácil y frecuentemente en la naturaleza a través de algunos de estos mecanismos. Las consecuencias de la THG desde cultivos MG son potencialmente graves, pero no han sido adecuadamente consideradas por las autoridades.

Los mecanismos básicos por los que podría darse la THG son:

  • Integración de ADN MG por parte de bacterias

  • Integración de ADN MG desde el tracto digestivo hacia otros tejidos del organismo

  • Transmisión de ADN MG a través de microorganismos patógenos, como Agrobacterium tumefaciens . La capacidad de A. tumefaciens para introducir ADN externo en las plantas se utiliza a menudo en ingeniería genética para la inserción de transgenes en plantas.

  • Transferencia de genes a través de virus.

Las secciones siguientes dan una idea del funcionamiento de estos mecanismos y aportan una perspectiva sobre la frecuencia con la que podrían darse, así como sus posibles impactos.

Integración de ADN MG por parte de bacterias

Las bacterias son promiscuas. Están constantemente intercambiando ADN y tomando ADN de su entorno. Parte de este ADN obtenido del entorno puede integrarse en su genoma y ser expresado. Existen dos escenarios en los que la integración de ADN en bacterias podría suponer una THG de genes modificados.

El primer escenario es la transferencia de ADN MG desde alimentos MG a bacterias intestinales. El ADN de una planta MG se libera al tracto intestinal del consumidor durante la digestión. Al contrario de lo que frecuentemente se afirma, el ADN MG no siempre se descompone en la digestión, y puede sobrevivir en fragmentos lo suficientemente grandes como para contener intactos genes con la capacidad de ser biológicamente activos (ver Mitos 3.6, 3.10).

En el tracto digestivo se encuentran presentes bacterias de muchas especies diferentes, algunas de las cuales pueden tomar ADN de su entorno e integrarlo en su propio ADN. En el caso de los OMG, esto podría ser problemático. Por ejemplo, si la planta MG contuviera un gen de resistencia a antibióticos, las bacterias podrían incorporar ese gen de resistencia en su genoma, y por tanto volverse resistentes a él. Si las bacterias en cuestión resultasen ser patógenas (causantes de enfermedades), este proceso daría lugar a un patógeno resistente a antibióticos - una "superbacteria".

La transferencia de genes MG de los alimentos a bacterias intestinales ha sido documentada en un estudio con humanos. El estudio demostraba que las bacterias intestinales de una persona cuya dieta incluía soja transgénica contenían secuencias exclusivas de esta soja.[4]

El segundo escenario en el que la entrada de ADN en bacterias podría suponer una THG de genes modificados es la transferencia de ADN MG hacia bacterias acuáticas y del suelo. El cultivo de transgénicos conduce a la degradación del material vegetal MG en el medio, lo que libera genes modificados al suelo y masas de agua. En un centímetro cúbico de suelo existen miles de especies diferentes de bacterias, y sólo se ha identificado y caracterizado un pequeño porcentaje de estas. Las bacterias también son abundantes en las masas de agua. Se sabe que algunas bacterias del suelo toman ADN libre de su entorno, incorporándolo en sus genomas.[5] Esto podría resultar en la transferencia de genes modificados a poblaciones bacterianas naturales del suelo. Basándonos en los pocos datos disponibles en la actualidad, este tipo de evento se considera extremadamente infrecuente.[6] Sin embargo, se ha demostrado que el ADN MG puede permanecer en el suelo a niveles detectables durante al menos un año,[7] lo cual aumenta la probabilidad de THG.

Sólo conocemos las identidades y características de una pequeña fracción de las bacterias del suelo que podrían llegar a incorporar este ADN MG de su entorno.[5] Es más, si la integración de un gen modificado, por ejemplo de resistencia a antibióticos, otorgara a la bacteria una ventaja para la supervivencia o el crecimiento, esto le permitiría competir contra otras cepas bacterianas en presencia de antibióticos ampliamente utlizados en agricultura y medicina. Por tanto, este evento inicialmente improbable podría escalar y acarrear consecuencias ambientales y sanitarias significativas.[8]

Absorción de ADN durante la digestión de alimentos MG

Un estudio en ratones demostró que el ADN externo presente en los alimentos puede transferirse del tracto digestivo a la corriente sanguínea de animales que lo ingieren. Este ADN foráneo también se encontró en glóbulos blancos y en células de muchos otros tejidos en los ratones.[9] En otro estudio, el ADN externo de una dieta suministrada a ratonas durante la gestación se encontró en los órganos de sus fetos y descendientes recién nacidos. Se cree que este ADN externo había llegado al feto a través de la placenta.[10]

También se ha demostrado que el ADN MG presente en el forraje animal puede ser incorporado en los órganos de los animales que lo ingieren y se puede detectar en la carne y pescado de consumo humano.[11 12 13 14 15]

La mayor parte del ADN MG de los alimentos es fragmentado antes de alcanzar la sangre o los tejidos, con lo que ninguno de los genes presentes sería capaz de expresarse y reprogramar las células del organismo huésped. Sin embargo, es posible que unas cuantas copias del ADN MG lo suficientemente largas como para contener la secuencia de un gen completo y funcional permanezcan en el tracto digestivo y puedan ser absorbidas en la sangre, en un porcentaje bajo de ocasiones. Un estudio en humanos (no relacionado con los alimentos MG) demostró que fragmentos de ADN obtenidos de la alimentación lo suficientemente grandes como para contener genes completos entraban al sistema circulatorio. En algunas de las muestras de sangre humana estudiadas, la concentración relativa de ADN vegetal era mayor que la de ADN humano. Los investigadores fueron capaces incluso de identificar variedades vegetales individuales ingeridas, partiendo de las secuencias de ADN presentes en la sangre.[16]

Una vez que el ADN MG, que podría llegar a contener genes completos, está en la sangre, puede ser transportado a las células de los tejidos y órganos del cuerpo.[9] Si entrase en la célula, el gen MG podría integrarse en su ADN. Esto podría provocar una mutación directa de la función génica del hospedador, reprogramar la célula huésped para producir la proteína que codifica el gen modificado, o ambas cosas.

En este momento, este es un escenario especulativo. Aunque es posible detectar ADN MG en tejidos de animales que consumen pienso MG, no se ha publicado ningún estudio que demuestre que este ADN se haya integrado y se exprese en los tejidos de estos organismos. Tampoco se ha demostrado que una cantidad relativamente pequeña de ADN MG sea de por sí más peligrosa que las grandes cantidades de ADN no-MG que se encuentran en los tejidos. Aunque se han hallado efectos tóxicos derivados de aportar dietas MG a los animales, no es probable que el ADN MG sea en sí el culpable. Es mucho más probable que las culpables sean las nuevas proteínas y otros pequeños metabolitos que se formen a consecuencia del ADN MG y el proceso de transformación MG en general, y/o los pesticidas incorporados en el cultivo MG o que se aplican sobre éste.

Si la expresión del ADN MG en tejidos de animales y humanos que consumen alimentos MG se diera, lo más probable sería que no ocurriera a menudo. Para averiguar qué eventos de expresión sí que ocurren, sería necesario llevar a cabo estudios a gran escala - aunque sería un desafío encontrar un diseño experimental adecuado. Aunque estos eventos puedan ser infrecuentes, el consumo generalizado y a largo plazo de OMG por parte de humanos y animales podría suponer que incluso eventos muy improbables tuvieran importantes consecuencias para la bioseguridad.

Transferencia horizontal de genes por Agrobacterium tumefaciens

Agrobacterium tumefaciens (A. tumefaciens ) es una bacteria patógena del suelo utilizada a menudo para la introducción de genes modificados en plantas.

Esta introducción de genes modificados mediante infección con A. tumefaciens se sirve del plásmido Ti - una pequeña molécula de ADN circular que se encuentra de forma natural en A. tumefaciens . Cuando A. tumefaciens infecta una planta, introduce en sus células el plásmido Ti. Algunas partes de ese plásmido Ti pueden integrarse en el ADN de la planta y dar lugar a tumores, lo que se conoce como agallas del cuello.

La ingeniería genética ha adaptado este proceso natural pero patogénico para así introducir ADN externo en plantas y por tanto producir cultivos MG. En primer lugar, los genes normalmente presentes en el plásmido Ti en la región que puede insertarse en el ADN de la planta huésped se sustituyen con el gen modificado que se quiera introducir. Este plásmido Ti se introduce en A. tumefaciens , que se utiliza para infectar las células vegetales. Una vez dentro de la célula vegetal, algunos de los plásmidos Ti genéticamente modificados podrán insertarse en el ADN del organismo huésped, alterando por tanto de forma permanente la composición genética de las células infectadas.

Aunque la utilización de A. tumefaciens simplifica el proceso de introducción de nuevos genes dentro de las plantas, también puede servir como vehículo para la THG de la planta MG hacia otras especies. Esto puede ocurrir mediante dos mecanismos.

En primer lugar, los restos de A. tumefaciens transportados por una planta MG podrían infectar plantas de otras especies, y por tanto traspasar el gen MG de la planta que pretendía modificarse genéticamente a otras plantas. A. tumefaciens puede servir como vehículo de THG a cientos de especies de plantas, ya que puede infectar un amplio rango de especies vegetales.

El segundo mecanismo tiene relación con el riesgo de que A. tumefaciens pueda transferir genes MG a un rango aún mayor de especies, incluidas las plantas pero sin limitarse a estas. Consiste en que ciertos tipos de hongos puedan funcionar como huéspedes intermedios en la transferencia de transgenes de A. tumefaciens hacia otros organismos.

Un estudio (Knight et al., 2010) detectó que en condiciones presentes en la naturaleza, A. tumefaciens introducía ADN en una especie de hongo patógeno que se sabe infecta plantas. También se observó que las secuencias de ADN MG presentes en A. tumefaciens se incorporaban al ADN del hongo. En otras palabras, A. tumefaciens estaba modificando genéticamente al hongo.[17]

Los autores concluyeron que en el caso de que una planta MG sufriera una infección por hongos, el A. tumefaciens de la planta MG podría infectar al hongo, introduciendo genes MG en este.[17] Numerosos hongos tienen un amplio rango de hospedadores y podrían por tanto transferir los genes MG a muchas otras plantas.

Los biotecnólogos habían supuesto que A. tumefaciens sólo infectaba a plantas. Sin embargo, este estudio demostró que puede infectar a hongos, un tipo diferente de organismo. El estudio afirmó, " A. tumefaciens podría ser capaz de transformar [genéticamente] organismos no vegetales como los hongos en la naturaleza, con implicaciones desconocidas."[17] Los autores señalaron[17] que ya se han observado en laboratorio modificaciones de células humanas por parte de A. tumefaciens .[18]

Uno de los co-autores del estudio, Andy Bailey, un fitopatólogo de la Universidad de Bristol, en Reino Unido, declaró "Nuestro trabajo plantea la pregunta de si el rango de hospedadores [de A. tumefaciens ] es más amplio de lo que pensábamos - después de todo, quizás no se limite sólo a plantas."[19]

Las implicaciones de esta investigación son que los genes modificados, una vez introducidos mediante A. tumefaciens en un cultivo MG y liberados al medio, podrían a su vez ser introducidos en un organismo ajeno al reino vegetal - en este caso, un hongo - y modificarlo genéticamente. Este sería un proceso incontrolado e incontrolable, con consecuencias impredecibles.

Implicaciones de la transferencia horizontal de genes mediante A. tumefaciens

¿Podría A. tumefaciens transferir genes MG de una planta MG a otro organismo en las condiciones que de forma realista se dan en una explotación agrícola? La respuesta depende de si quedan restos de A. tumefaciens que contengan los genes MG en el cultivo MG que se plante a campo abierto. Los biotecnólogos utilizan antibióticos para intentar eliminar el A. tumefaciens de la planta MG después de completar el proceso inicial de transformación MG en laboratorio. Pero se ha demostrado que este proceso es incompleto y poco fiable:

  • Un estudio con brasicáceas, patatas y moras MG halló que el uso de tres antibióticos era insuficiente para eliminar completamente a A. tumefaciens . De hecho, los niveles de contaminación por A. tumefaciens aumentaron de 12 a 16 semanas después del proceso de transformación y se continuaba detectando A. tumefaciens tras seis meses.[20]

  • Un estudio en coníferas MG halló que los restos de A. tumefaciens permanecían en los árboles 12 meses después de la transformación genética, aunque no se los detectó en las mismas plantas pasado este tiempo.[21]

De todas formas, estos experimentos sólo examinaban los primeros clones MG. En el proceso de desarrollo, estos clones MG atraviesan un largo proceso de retrocruzamiento y propagación con las plantas emparentadas MG o no MG de mayor rendimiento, para intentar conseguir una planta MG que dé buenos resultados y exprese los rasgos de interés. La pregunta más importante es si el A. tumefaciens que contiene los genes modificados puede sobrevivir a estos procesos de retrocruzamiento y propagación y permanecer en la planta MG final que se comercializa.

Hasta donde sabemos, no ha habido ningún estudio que analice si existen restos de A. tumefaciens en la planta MG finalmente comercializada. Esta pregunta debería responderse antes de comercializar cualquier variedad MG, para así evitar consecuencias indeseadas que pudieran ser causadas por el A. tumefaciens residual presente en la planta MG final. Algunos ejemplos de estas consecuencias que deberían excluirse podrían ser la transferencia de propiedades insecticidas a bacterias, o de tolerancia a herbicidas en otros cultivos o plantas silvestres. El estudio de Knight y su equipo (2010) descrito anteriormente demuestra que la introducción de genes MG en plantas de uso agrícola podría suponer consecuencias para organismos ajenos al reino vegetal, a través del mecanismo de infección por hongos que portan A. tumefaciens , que a su vez contengan genes MG.[17]

Las consecuencias de esta THG para la salud humana y animal, así como para el medio, no son predecibles con el conocimiento que tenemos hoy en día, pero son potencialmente graves. La salud y la evaluación del riesgo ambiental para cualquier variedad MG debe demostrar que se ha eliminado completamente el A. tumefaciens de las plantas MG antes de que se apruebe su comercialización.

Transferencia genética mediante virus

Los virus son eficientes transfiriendo genes de un organismo a otro y de hecho son capaces de transferir genes de forma horizontal. Los científicos han utilizado esta capacidad para crear vectores virales de transferencia de genes que se utilizan frecuentemente en investigación para introducir genes modificados en otros organismos. Estos vectores basados en virus vegetales también se han desarrollado para generar cultivos MG, aunque no se ha comercializado hasta la fecha ningún cultivo producido de esta forma.[22 23]

Los vectores virales utilizados para generar cultivos MG están diseñados para evitar la transferencia incontrolada de material genético. Sin embargo, dado el largo período de tiempo durante el que se propagarían en el medio los cultivos modificados mediante virus, y el gran número de humanos y animales domésticos que se verían expuestos a este material genético modificado, existe un riesgo real, aunque pequeño, de que se dieran modificaciones accidentales que pudieran llevar a una THG mediada por virus - con efectos impredecibles.

Otro riesgo potencial de THG mediada por virus proviene de los cultivos MG diseñados para contener un gen viral, en concreto los que contienen información para una proteína de la cubierta viral. Esto se hace para intentar hacer al cultivo resistente a las infecciones y daños por parte de los virus "silvestres" de los que se derivó el gen viral modificado. Sin embargo, se ha sugerido que si un cultivo MG que contenga un gen viral de este tipo fuera infectado por el virus silvestre, esto podría dar lugar a un intercambio de información genética entre el gen viral modificado de la planta y el virus que estuviera infectándola, en un proceso conocido como recombinación. Esto podría llegar a dar lugar a una nueva cepa más potente ("virulenta") del virus.[24] [25]

Las razones para esta preocupación son las siguientes:

  • El gen viral MG estará presente en todas las células de la planta. Por lo tanto, el cultivo a gran escala de esta planta que contiene un gen viral MG supondrá una concentración extremadamente alta de determinados genes virales en el campo.

  • Se ha sugerido que esto podría otorgar una oportunidad sin precedentes para que se dieran eventos de recombinación genética entre los genes modificados de la planta y el virus que la infectase, aumentando por tanto el riesgo de que se produjeran cepas del virus nuevas, mutadas y potencialmente más virulentas.[25] Esta mutación viral de virulencia aumentada se ha observado en condiciones de laboratorio.[26 27]

Hasta la fecha, sólo se han comercializado dos cultivos MG con genes procedentes de virus: una variedad de calabacín cultivada en EEUU[28] y Mexico,[29] y una papaya cultivada en Hawaii.[30] No existen estudios que analicen si ha aparecido alguna nueva cepa viral por recombinación en estos dos cultivos. Curiosamente, y de forma bastante inesperada, aunque el calabacín MG era resistente a las infecciones víricas, resultó ser propenso a la marchitez vascular bacteriana seguida de un ataque por escarabajos.[31 32]

Conclusión: 

La THG entre unas plantas y otras o entre plantas y animales animales parece ser un evento poco frecuente. El mecanismo más probable por el que podría ocurrir la THG es la entrada de ADN en bacterias del medio o del tracto digestivo. Se ha demostrado que este último caso ya se ha dado en el caso de bacterias intestinales de humanos que consumen soja transgénica.

Otros escenarios menos probables incluyen la THG por parte de la bacteria patógena A. tumefaciens o de distintos virus. Sin embargo, dada la distribución global de cultivos MG y la intención de que se utilicen durante décadas, incluso las posibilidades más nimias se traducen en una probabilidad alta de que se den estos eventos de THG.

Por tanto, los impactos negativos y riesgos asociados con la THG deben ser tenidos en cuenta al considerar la bioseguridad en general de cualquier cultivo MG.

Referencias: 

1. GMO Compass. Gene transfer to microorganisms. 2006. Disponible en: http://www.gmo-compass.org/eng/safety/environmental_safety/167.gene_transfer_microorganisms.html.

2. Then C, Bauer-Panskus A. European Food Safety Authority: A playing field for the biotech industry. Munich, Germany: Testbiotech; 2010. Disponible en: http://www.testbiotech.de/en/node/431.

3. Kleter GA, Peijnenburg AACM, Aarts HJM. Health considerations regarding horizontal transfer of microbial transgenes present in genetically modified crops. J Biomed Biotechnol. 2005;2005(4):326-352. doi:10.1155/JBB.2005.326.

4. Netherwood T, Martin-Orue SM, O’Donnell AG, et al. Assessing the survival of transgenic plant DNA in the human gastrointestinal tract. Nat Biotechnol. 2004;22:204–209. doi:10.1038/nbt934.

5 Pontiroli A, Simonet P, Frostegard A, Vogel TM, Monier JM. Fate of transgenic plant DNA in the environment. Env Biosaf Res. 2007;6:15-35. doi:10.1051/ebr:2007037.

6. Brigulla M, Wackernagel W. Molecular aspects of gene transfer and foreign DNA acquisition in prokaryotes with regard to safety issues. Appl Microbiol Biotechnol. 2010;86:1027-41. doi:10.1007/s00253-010-2489-3.

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9. Schubbert R, Renz D, Schmitz B, Doerfler W. Foreign (M13) DNA ingested by mice reaches peripheral leukocytes, spleen, and liver via the intestinal wall mucosa and can be covalently linked to mouse DNA. Proc Natl Acad Sci USA. 1997;94:961-6.

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17. Knight CJ, Bailey AM, Foster GD. Investigating Agrobacterium-mediated transformation of Verticillium albo-atrum on plant surfaces. PLoS ONE. 2010;5:13684. doi:10.1371/journal.pone.0013684.

18. Kunik T, Tzfira T, Kapulnik Y, Gafni Y, Dingwall C, Citovsky V. Genetic transformation of HeLa cells by Agrobacterium. Proc Natl Acad Sci USA. 2001;98:1871-6. doi:10.1073/pnas.041327598.

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