La naranja dorada. El caso de otro transgénico de oro

[…] ¡Gloria de los huertos, árbol limonero, que enciendes los frutos de pálido oro, y alumbras del negro cipresal austero las quietas plegarias erguidas en coro;

y fresco naranjo del patio querido, del campo risueño y el huerto soñado, siempre en mi recuerdo maduro o florido de frondas y aromas y frutos cargado!

Antonio Machado. Fragmento del poema “A un naranjo y a un limonero”

Enero. Estamos en plena temporada de cítricos. Este grupo de plantas recoge distintas especies del género citrus, que se caracteriza por el alto contenido en vitamina C y ácido cítrico que le da nombre al grupo. Engloba a las naranjas dulces (Citrus sinensis), naranjas chinas (Citrus japonica), naranjas amargas (Citrus aurantium), mandarinas (Citrus reticulata), limones (Citrus limon), pomelos (Citrus paradisi), limas (Citrus aurantifolia) y toronjas (Citrus medica). Constituyen los cultivos frutales más ampliamente producidos y económicamente importantes en el mundo. Solo en España, las naranjas representaron prácticamente el 50% de la producción de cítricos en 2011. Entre los 10.9 millones de toneladas de cítricos comercializados en 2009, la naranja dulce (Citrus sinensis L. Osbeck) representó aproximadamente el 60% de la producción total.

producción de cítricos en 2011
Producción de cítricos nacional, europea y mundial en el año 2011. Fuente: http://faostat. fao.org / default.aspx

Las naranjas contienen una gran cantidad de antioxidantes, incluyendo carotenoides, vitamina C, ciertos metabolitos y sustancias químicas como flavonoides y polifenoles, con propiedades saludables. Muchas de estas moléculas vegetales se han relacionado con una protección antioxidante*.

Antioxidantes-naturales
Fuente natural de antioxidantes. Hay que comer de todos los colores, cuanto más variado, mejor.

La evidencia científica sugiere que los efectos beneficiosos que aportan estas moléculas en la salud son mayores cuando son ingeridos de forma regular y en cantidades específicas, más que si se ingieren como suplementos dietéticos [1]. Los carotenoides son los principales pigmentos responsables del color de la piel y de la pulpa de la fruta y contribuyen enormemente al valor nutricional y antoxidante de esta. Aunque los cítricos son una fuente rica y compleja de carotenoides, la mayoría de las variedades de naranja acumulan principalmente β,β-xantofilas, que representan más del 90% del total de los carotenoides, siendo la 9-Z-violaxantina el principal carotenoide de la pulpa de la fruta madura [2]. Por el contrario, los niveles de otros carotenoides nutricionalmente importantes como el β-caroteno son considerados deficientes en estas variedades. Además de ser el precursor más importante de la vitamina A, un gran número de estudios epidemiológicos y de laboratorio (in vitro, animal y cultivo celular) han sugerido que el β-caroteno ofrece protección frente a ciertas enfermedades degenerativas relacionadas con la edad, como varios cánceres (principalmente del tracto aerodigestivo), diabetes tipo 2 y enfermedades coronarias.

Sin embargo, bien porque todo el mundo no tiene acceso a este tipo de alimentación o por desconocimiento del consumidor, que no sabe qué frutas son las más ricas o en qué cantidad, los niveles óptimos de estas sustancias que hay que ingerir, no siempre se alcanzan en la dieta. Por este motivo, la ingeniería genética es una de las herramientas clave para producir alimentos biofortificados con el objetivo de enriquecer la alimentación y reducir el riesgo de enfermedades crónicas, mejorando la cantidad y biodisponibilidad de nutrientes [3].

A new fruit is coming…

El caso del arroz dorado, del que publiqué esta entrada (y da para hablar muuucho), da paso a un nuevo alimento con este color. Se trata del golden orange o naranja dorada. Made in Spain, concretamente en Valencia. La investigación la han llevado a cabo tres grupos del IVIA, IATA y la empresa Biópolis, y acaba de ser publicada en Plant Biotechnology Journal.

naranja

¿Y qué tiene de particular la naranja dorada?

El resultado de esta investigación ha sido la obtención de naranjas en menos tiempo del habitual, de color amarillo intenso (“golden“) y con un mayor contenido (hasta 36 veces más) en β-caroteno en la pulpa, precursor de la vitamina A. La cosa no queda ahí, sino que para demostrar que el papel protector antioxidante de este caroteno era tal, se utilizó como modelo experimental Caenorhabditis elegans. Han demostrado in vivo, que el efecto antioxidante no solo se mantiene, sino que además, es un 20% mayor.

¿Cómo lo han hecho?

Han transformado semillas se naranja dulce para que se bloquee la expresión de un gen endógeno que codifica la β -caroteno hidroxilasa ( Csβ – CHX ). Este enzima está involucrada en la conversión de β -caroteno a xantofilas. ¿Qué quiere decir esto? Pues que si se bloquea el paso de A a B, se acumula A. Y por tanto, se acumula el β -caroteno. Esto es responsable del color más intenso puesto que como sabéis, estas moléculas dan el color rojo-anaranjado-amarillo a las plantas. Simultáneamente, se ha sobreexpresado, o sea, se ha “obligado a producir” un gen regulador que es clave en la transición de la floración, el CsFT (Flowering Locus T). El resultado es que se adelanta este proceso y se obtiene el fruto en menos tiempo.

Izquierda: WT es la planta sin modificar y las demás (transgénicas) muestran el anticipo de la floración. Derecha: Nuevo color de las naranjas doradas [IMAGEN]
Izquierda: WT es la planta sin modificar y las demás (transgénicas) muestran el anticipo de la floración. Derecha: Nuevo color de las naranjas doradas [IMAGEN]
Comparativa del color de la pulpa obtenida con la modificación. [IMAGEN]
Comparativa del color de la pulpa obtenida con la modificación. [IMAGEN]

Alimentando al gusano

Trabajar con plantas es complicado. Les afecta la temperatura, la radiación lumínica, la humedad, el fotoperíodo… y aún tratando de mantener constantes estos parámetros, crecen como les parece y no hay dos experimentos que salgan igual. Sin embargo, imagino que trabajar con “bichos”, no debe ser más fácil. Caenorhabditis elegans se ha usado en muchos estudios como modelo para probar la capacidad antioxidante in vivo de compuestos puros y algunos extractos vegetales pero no el zumo de frutas o verduras. Así que los autores de esta investigación se tuvieron que poner manos a la obra y poner a punto al gusano en lo referente a cómo darle el zumo, en qué dosis, cuánto tiempo… y no sin dificultades, por cierto.

Una vez optimizado el método, demostraron (visualmente y mediante la técnica HPLC) que el extracto de gusano alimentado con pulpa de naranja (no transgénica aún) era de un color naranja clarito, mientras que los gusanos alimentados con su dieta estándar (sin naranja) no tenían ese color. Bien. Esto demostraba la ingesta y bioasimilación de extracto de pulpa por el gusano. Un paso superado.

Extracto de gusano alimentado con pulpa de naranja vs alimentado con dieta estándar ¿cuál es cuál? [IMAGEN]
Extracto de gusano alimentado con pulpa de naranja vs alimentado con dieta estándar ¿cuál es cuál? [IMAGEN]

Tenemos una naranja enriquecida con β-caroteno, pero ¿lo suficiente como para proporcionar protección antioxidante ?

Pues vamos a ver. El gusano come pulpa y la asimila. Ahora falta darle la pulpa de las naranjas doradas que se han obtenido. Antes de darles la pulpa, se midió el contenido de carotenoides y vitamina C y luego se añadió a la dieta estándar a distintas concentraciones. Todas mostraron un efecto positivo (especialmente el 2% de pulpa) frente al estrés oxidativo en el gusano. El estrés oxidativo fue inducido añadiendo peróxido de hidrógeno (sí, el agua oxigenada) a una concentración 2 mM.

Los gusanos alimentados con extracto de pulpa control tuvieron una supervivencia del 52% frente a los que no se les alimentó con pulpa y se obtuvo un resultado similar con los que se alimentaron de vitamina C. Sin embargo, los animales alimentados con la pulpa de las naranjas doradas, mostraron una supervivencia del 71.67% (un 20% más que los alimentados con pulpa control), lo que demuestra que los gusanos alimentados con la pulpa de las naranjas doradas fueron más resistentes al estrés oxidativo (por peróxido de hidrógeno) que los alimentados con el pulpa de naranjas control.

Ensayo de supervivencia frente a peróxido de hidrógeno 2 mM. Negro es dieta estándar (sin pulpa); vit C es alimentado con vitamina C; CV pulpa control y HRP pulpa de naranjas doradas. Extracto de pulpa 2% [IMAGEN]
Ensayo de supervivencia frente a peróxido de hidrógeno 2 mM. Negro es dieta estándar (sin pulpa); vit C es alimentado con vitamina C; CV pulpa control y HRP pulpa de naranjas doradas. Extracto de pulpa 2% [IMAGEN]

¿Y si el papel “antiox” no se debe al β-caroteno?

Para comprobar si el efecto antioxidante de la pulpa de las naranjas doradas estaba relacionado directamente con el β-caroteno, hicieron un ensayo de respuesta al estrés oxidativo añadiendo β-caroteno exógeno a dosis equivalente a la cantidad de caroteno presente en la pulpa. Efectivamente, había mayor efecto antioxidante.

Como curiosidad….

El hecho de que la supervivencia de los gusanos alimentados con las naranjas doradas fueran un 71,67%, y más alta que la de los gusanos alimentados con β-caroteno exógeno (os recuerdo que era dosis equivalente), indica que la matriz que contiene el β-caroteno (léase, pulpa) mejora el efecto antioxidante. Curioso ¿verdad?

Y ahora ¿qué?

Pues nada. Un gran reto cumplido, una magnífica publicación y mucha paciencia. A pesar de estar desarrollando continuamente variedades transgénicas con gran potencial, tendrán que esperar en una especie de limbo a que la mentalidad vaya cambiando y aceptando una realidad que se va a ir imponiendo. También puede que un día muy cercano, contacten de una empresa extranjera interesada en comercializar lo que este grupo ha producido. ¿Os suena de algo? Esto ya ha ocurrido con el trigo apto para celíacos.

Imaginaos… Vamos paseando por la calle un día precioso, soleado, junto al paseo marítimo. Es la hora de picar algo, ¡qué demonios! tenemos hambre. ¿Llegará?

menú
Somewhere in Valencia

* Cuando en sentido figurado decimos en ocasiones que “vivir produce cáncer” o “respirar nos mata” no es broma del todo. La propia actividad de la respiración y el metabolismo de nuestras células produce continuamente una serie de moléculas denominadas especies reactivas del oxígeno (reactive oxygen species, ROS). La formación de estas moléculas es completamente normal. Lo que pasa es que en determinadas ocasiones, normalmente por procesos de estrés, la concentración de estas moléculas aumenta considerablemente (lo que se conoce como estrés oxidativo) y al ser altamente reactivas y peligrosas pueden originar daños importantes. Tranquilos. Nuestro propio organismo cuenta con una batería molecular para hacer frente a este tipo de estrés. Enzimas como las superóxido dismutasas, catalasas, peroxidasas, etc se enfrentan directamente con estos radicales y los eliminan, pero otras moléculas lo hacen de forma indirecta: Vitamina C, tocoferoles, melatonina, carotenoides o polifenoles entre otros, están en este grupo.

Referencia de esta investigación: Elsa Pons, Berta Alquezar, Ana Rodrıguez, Patricia Martorell, Salvador Genoves, Daniel Ramon, Marıa Jesus Rodrigo, Lorenzo Zacarıas and Leandro Peña. (2014) Metabolic engineering of β-carotene in orange fruit increases its in vivo antioxidant properties. Plant Biotech J. 12: 17-27.

[1] Guarnieri, S., Riso, P. and Porrini, M. (2007) Orange juice vs vitamin C: Effect on hydrogen peroxide-induced DNA damage in mononuclear blood cells. Br. J. Nutr. 97, 639–643.

[2] Kato, M., Ikoma, Y., Matsumoto, H., Sugiura, M., Hyodo, H. and Yano, M. (2004) Accumulation of carotenoids and expression of carotenoid biosynthetic genes during maturation in citrus fruit. Plant Physiol. 134,824–837.

[3] Martin, C. (2012) The interface between plant metabolic engineering and human health. Curr. Opin. Biotechnol. 24, 344–353

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