Crioconservación de plantas, de la fantasía a la realidad

Crioconservación de plantas, de la fantasía a la realidad

Por: Martín Mata Rosas y José Luis Lorenzo Manzanarez    

Red Manejo Biotecnológico de Recursos, Instituto de Ecología, A.C.

 

Resumen

Existen diferentes alternativas para la conservación de plantas fuera de su hábitat, pero la única que garantiza una conservación a largo plazo, es mediante la utilización de técnicas criogénicas.

 

Palabras clave

Crioconservación; plantas, cultivo de tejidos, vitrificación.

 

Ha sido muy frecuente en el cine de ciencia ficción observar técnicas avanzadas de congelación de seres humanos por diferentes motivos, por ejemplo, para realizar viajes interestelares, por condiciones médicas, como prisión, para revivir a hombres prehistóricos, hasta para explicar cómo pudo sobrevivir el Capitán América a la congelación por muchos años, al igual que Fry, el personaje principal de la serie animada Futurama. Pero en la realidad la conservación criogénica o crónica (preservación a baja temperatura de humanos que ya no pueden ser sostenidos por la medicina contemporánea) hasta la fecha no ha sido posible, esperemos que, con los avances científicos, en un futuro se pueda lograr y pase de la fantasía a la realidad. De lo que si hay conocimiento es de que algunos peces, lagartos, tortugas, insectos, ranas y toda clase de microorganismos soportan la congelación total hasta detener por completo su metabolismo, y al descongelarse reviven como si nada.

En la actualidad lo que sí es una realidad es la conservación de diferentes tipos celulares, como: espermatozoides, óvulos, células madre y hasta embriones, pero ¿en tejidos y órganos vegetales es posible aplicar las técnicas criogénicas?, la respuesta es un si rotundo.

Existen múltiples ejemplos de especies vegetales que naturalmente crecen en zonas donde pasan temporadas a muy bajas temperaturas. Por ejemplo, en el hemisferio norte del planeta, donde la temperatura llega a bajar hasta -60°C y a pesar de esta condición, los árboles como coníferas (pinos) y las semillas de muchas especies de hierbas y arbustos pueden sobrevivir a esas temperaturas extremas. Pero cuando la temperatura aumenta, las plantas poseen la capacidad de retomar su crecimiento y las semillas pueden germinar y desarrollarse rápidamente. Estas especies poseen diferentes características que le han permitido adaptarse a esos climas gélidos, los científicos las han estudiado y han podido determinar los factores físicos, químicos y biológicos que permiten la supervivencia de las plantas en esas condiciones extremas. Este conocimiento científico lo han utilizado para aplicarlo en la crioconservación, es decir, en la conservación a largo plazo de germoplasma vegetal (diversidad genética de las especies vegetales, silvestres y cultivadas, de interés para la agricultura y ecología).

El concepto de crioconservación en plantas se utiliza principalmente para el almacenamiento de material biológico a ultrabajas temperaturas, usualmente se emplea el nitrógeno líquido que tiene una temperatura de -196°C, de esta manera el material vegetal puede almacenarse sin daños o modificaciones durante periodos de tiempo ilimitados en un estado de suspensión animada. El fin de estas tecnologías es garantizar que las muestras biológicas de las plantas sigan vivas después de ser descongeladas.

Para lograr que las células, tejidos u órganos de las plantas puedan soportar la congelación a -196°C no solo es cortar un fragmento y sumergirlo en el nitrógeno líquido, existen diferentes técnicas y procedimientos que se han estudiado y perfeccionado con el paso del tiempo para poder criopreservar diferentes especies. Para lograr una exitosa congelación-descongelación de las muestras biológicas, el principal “enemigo” a vencer es el agua, debido a que el agua al congelarse forma pequeños cristales intracelulares que se multiplican, crecen y pueden dañar los diferentes componentes celulares y provocar la muerte de las células, por lo que las diferentes técnicas de crioconservación buscan la remoción de toda el agua congelable del tejido mediante deshidratación, seguido de una congelación ultrarrápida.

 

 

El primer paso para lograr una exitosa crioconservación de tejidos vegetales es contar con un eficiente sistema de propagación mediante cultivo de tejidos (Figura 1), es decir, haber determinado las condiciones propicias para que las plantas se puedan ser propagadas en condiciones controladas de laboratorio utilizando medios nutritivos adecuados para su crecimiento. El paso siguiente es seleccionar la mejor técnica de congelación que nos permita conservar la especie sin ponerla en riesgo.

Existen diferentes técnicas de crioconservación, pero dentro de estás, las técnicas de vitrificación han mostrado ser de gran utilidad para un gran número de especies, debido a su sencillez, bajo costo y simplificación de los procedimientos, sin la necesidad de recurrir a aparatos caros. El término “vitrificación” se refiere a un proceso físico que evita la cristalización del agua al interior de la célula durante la congelación, consiste en sumergir pequeños tejidos de la planta en soluciones crioprotectoras, es decir, en sustancias viscosas y concentradas que promueven la salida del agua (deshidratación) de las células, pero que a su vez penetran al interior de éstas y que al momento de congelarse forman un sólido amorfo parecido al vidrio, pero sin la formación de cristales de hielo, de ahí provine el término “vitrificación”. Como consecuencia de este proceso, los tejidos vegetales están protegidos contra daños y permanecen viables durante su almacenamiento a largo plazo a -196°C (Figura 2).

 

A manera de ejemplo en la figura 3, se describen los pasos generales de la técnica de vitrificación que se ha utilizado con éxito en diversas especies vegetales.

 

 

En comparación con otras técnicas de conservación de plantas, las ventajas de la crioconservación es que se puede almacenar una gran cantidad de muestras en espacios pequeños, no hay cambios genéticos durante su almacenamiento, se optimizan costos y procesos, la manipulación durante el almacenamiento es mínima, lo que reduce riesgos de contaminación y pérdida del material. En México diferentes Universidades y centros de investigación realizan estudios para establecer protocolos de crioconservación, principalmente de las especies que se reproducen vegetativamente y de aquellas que poseen semillas recalcitrantes (que no se pueden almacenar por mucho tiempo), se busca que los protocolos sean fácilmente reproducibles en cualquier laboratorio y que sirvan para la conservación a largo plazo del valioso material genético vegetal de nuestro país.

 

Pie de figuras:

Figura 1. Es necesario contar con un sistema eficiente de propagación in vitro de plantas, previo a iniciar cualquier intento de crioconservación. Crédito: Martín Mata Rosas

Figura 2. Ejemplo de termo criogénico que contienen nitrógeno líquido a una temperatura de -196°C, utilizado para la crioconservación de células, tejidos y órganos vegetales.

Figura 3. Procedimiento general de crioconservación de tejidos vegetales mediante la técnica de vitrificación 1) Se selecciona la especie a crioconservar, 2) es necesario contar con un protocolo eficiente de propagación in vitro, 3) de la planta cultivada in vitro, se toma un pequeño fragmento de tejido, es frecuente el uso del meristemo apical (responsable del crecimiento vegetal), 4) los tejidos se incuban en una solución osmoprotectora, es decir, que contribuye a regular el agua intracelular y deshidrata parcialmente a las células, 5) se sustituye la solución osmoprotectora por la solución vitirificante que protegerá a las células durante la congelación, 6) los tejidos son sumergidos y almacenados directamente en el Nitrógeno líquido a una temperatura de -196°C, 7) después del tiempo de almacenamiento, los viales que contienen los tejidos se descongelan rápidamente en un baño de agua caliente a 40°C, 8) se lavan para eliminar la solución vitrificante, 9) los tejidos recuperados se vuelven a cultivar en medio de cultivo para reactivar su crecimiento, 10) finalmente se induce el crecimiento de plantas completas. Crédito: José Luis Lorenzo Manzanarez