Uno de los primeros pasos que finalmente conducirían a la superación de los límites de la agricultura tradicional tuvo lugar en la primera década del sigo XX, al investigar una enfermedad deformante de las plantas conocida como agalla de la corona o del cuello. Las agallas de la corona son tumores bulbosos que, al desarrollarse, sobresalen del tallo de muchas plantas alimenticias infectadas, entre las que se incluyen vides y árboles y arbustos frutales. Esta enfermedad hace que las plantas crezcan mal y puede provocar pérdidas importantes en la cosecha. En 1907, Erwin Smith y C. O. Townsend, del Departamento de Agricultura de EE.UU., descubrieron que la causa de las agallas de la corona era una bacteria del suelo con forma de bastoncillo, la Agrobacterium tumefaciens. Se conocían otras bacterias que hacían que el tejido vegetal muriera, se marchitara o se decolorara, pero la A. tumefaciens tenía la extraña capacidad de hacer que las células vegetales proliferaran y formasen un tumor. Este descubrimiento no tuvo ninguna repercusión hasta 40 años más tarde, cuando el fitopatólogo Armin Braun, del Rockefeller Institute for Medical Research (actualmente denominado Universidad Rockefeller), sintió curiosidad por saber cómo una bacteria podía provocar esos tumores en las plantas.

La enfermedad de las agallas de la corona, causada por una bacteria llamada A. tumefaciens, provoca crecimientos similares a tumores en los tallos de las plantas vulnerables como esta Kalanchoe. Los investigadores utilizaron la capacidad para provocar un crecimiento excesivo de esta bacteria para transferir los genes de resistencia a las plagas a otras plantas, convirtiendo así esta enfermedad en una herramienta para preservar la salud de las plantas de cultivo (fotografía cedida por Walter Ream).

En 1947 se halló una pista cuando Braun cultivó tejido afectado por agalla de la corona sin las bacterias que la promovían. Braun descubrió que las agallas de la corona, a diferencia del tejido vegetal normal, era capaz de crecer exuberantemente en un simple medio de sales y azúcar sin necesidad de ningún suplemento de hormona de crecimiento. Además, las células seguían creciendo durante muchos años. Basándose en estos experimentos, Braun supuso que las células vegetales se habían transformado de forma permanente en células tumorales debido a un factor inductor del tumor introducido por la A. tumefaciens.

Durante las décadas de 1950 y 1960, científicos de otros campos de la biología realizaron descubrimientos innovadores sobre el ADN y la forma en la que se transmite la información genética en todos los organismos vivos. Los descubrimientos de Braun propiciaron varias investigaciones para buscar el factor inductor de tumores en el ADN de la bacteria. El ADN bacteriano se encuentra normalmente en un único cromosoma, una larga molécula de ADN compuesta de muchos genes que codifican información para crear un organismo. Una serie de experimentos realizados con la ayuda de nuevas técnicas de investigación indicaron que el factor inductor del tumor era material genético transportado en una unidad de ADN móvil más pequeña que no formaba parte del cromosoma único de la bacteria.

Los investigadores flamencos Jeff Schell (izquierda) y Marc Van Montagu (derecha) aislaron los genes inductores de tumores de la bacteria de la agalla de la corona A. tumefaciens (fotografía cedida por Jeff Schell y Marc Van Montagu).

En 1974, los científicos flamencos Jeff Schell y Marc Van Montagu aislaron los genes inductores de tumores de la bacteria de la agalla de cuello y descubrieron que se transportaban en una unidad móvil de ADN de la bacteria conocida como plásmido. El siguiente paso era determinar si los genes de este plásmido bacteriano se transferían a los cromosomas de las células vegetales cuando la bacteria infectaba a las plantas. Los microbiólogos Eugene Nester, Milton Gordon y Mary-Dell Chilton, de la Universidad de Washington, descubrieron esta forma de trasferencia en 1977.

Un equipo de investigación dirigido por Mary-Dell Chilton, Milton Gordon y Eugene Nester determinó que los genes inductores de tumores de la A. tumefaciens se transferían realmente a los cromosomas de las plantas infectadas por la bacteria. Con este descubrimiento se hizo posible introducir genes en plantas comestibles para dotarlas de características beneficiosas como, por ejemplo, la resistencia a plagas y herbicidas (fotografía cedida por la American Phytopathological Society).

Estaba claro que algunos de los genes de la bacteria se transferían a los cromosomas de las células vegetales, donde inducían a que éstas se dividieran de forma continua hasta desarrollar las agallas. A continuación, varios científicos de gran creatividad realizaron la siguiente conjetura: si las bacterias son capaces de introducir genes extraños en los cromosomas vegetales y dichos genes logran estabilizarse y funcionar correctamente, quizá sea posible manipular las bacterias de modo que en lugar de transmitir los genes que causan los tumores, transfieran los genes que producen características beneficiosas como, por ejemplo, la resistencia a las plagas.

Para entonces, se habían desarrollado varias técnicas avanzadas que permitían a los investigadores cortar y ensamblar ADN en lugares específicos seleccionados previamente. (Si desea obtener más información sobre estas técnicas, consulte el artículo "Pruebas de genes humanos" de la serie de Beyond Discovery.) Para convertir el plásmido de la A. tumefaciens en una herramienta útil (denominada vector) para introducir los genes deseados en las plantas, los investigadores debían localizar y retirar en primer lugar los genes inductores de los tumores. A finales de la década de 1970 y a principios de la de 1980, existían varios laboratorios en los que trabajaban científicos que podían realizar esta tarea. En 1983, los biólogos botánicos moleculares habían desarrollado los primeros vectores plásmidos que prometían sobrepasar los límites de la agricultura tradicional de las plantas infectadas de forma natural por A. tumefaciens.

En las décadas de 1980 y 1990, los especialistas desarrollaron otras formas de introducir genes en las plantas. Una de ellas fue la "pistola de genes", un dispositivo que literalmente dispara partículas cubiertas de ADN que atraviesan las gruesas paredes y membranas de las células vegetales hasta alcanzar el núcleo, donde el ADN se combina con el ADN de la planta. También existen otras técnicas que emplean tratamientos químicos o eléctricos que permiten a las moléculas de ADN que se introducen atravesar las membranas y las paredes de las células vegetales.

The National Academies

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