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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ORGANISMOS TRANSGÉNICOS UNIDAD 2: PASO 4 - ANALIZAR EL ESTUDIO DE CASO 4

UNIDAD 2: PASO 4 - ANALIZAR EL ESTUDIO DE CASO 4

PRESENTADO POR ANYI MAYERLI GOMEZ CÓD. 1121931513 MARIELA DEL ROCIO INGUILAN COD. 27.249.793 PAOLA FERNANDEZ CAMPO CÓD. 1061748015 RICARDO SANCHEZ CÓD .1152188097 MERY ZULAY GALVIS CÓD. 1094246785 GRUPO 203022_5

PRESENTADO A ELIANA MARIA BAEZ TUTORA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRÌCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE – ECAPMA PROGRAMA AGRONOMÍA NOVIEMBRE 2018

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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Analizar el estudio de caso planteado y diseñar estrategias de solución con base en evidencia científica o investigaciones realizadas, permitiendo el desarrollo de competencias cognitivas y comunicativas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Estudiar los casos planteados para el desarrollo de la actividad.  Brindar respuestas a cada uno de los interrogantes con base a investigaciones realizadas o evidencia científica.  Sustentar las tecnologías moleculares empleadas en los procesos presentados.

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DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD Estudio de caso 1 El director del curso Organismos Transgénicos pidió a sus estudiantes que hicieran el siguiente análisis: I.

II.

III.

IV.

Piensen en una planta como una fábrica que produce proteínas y almidón. En el patrimonio genético de la planta (genoma) se encuentra el código para la producción de estas moléculas. Supongan que ustedes quieren que esta planta sea inmune a los ataques de insectos, pero en el genoma no existe la información para esto. Una salida es consultar los genomas de otras especies. La bacteria Bacillus thuringiensis (Bt) contiene un gen que lleva a la producción de una enzima capaz de digerir el intestino de los insectos. La ingeniería genética tiene herramientas bioquímicas para acceder a estas secuencias. Ahora, es preciso transferir este gen para el genoma de la planta. La biotecnología ya encontró bacterias o viruscapaces de hacer esta transferencia, es decir, incluir el gen en el genoma de la planta. Cuando una célula meristemática sea genéticamente modificada, ella podrá transformarse en una planta adulta que producirá la toxina Bt. Existen técnicas moleculares que determinan si el gen que produce la toxina Bt se ha incorporado. El insecto que se alimente de ella morirá, pues la toxina digiere el intestino de estos animales. Según los biotecnólogos, la toxina Bt es inofensiva a los seres humanos.

Después del análisis pidió que las etapas II, III, IV fueran sustentados por una de las tecnologías usadas por los biólogos moleculares para la obtención de organismos genéticamente modificados, además preguntó si podemos confiar en la palabra de los biotecnólogos cuando afirman "La toxina Bt es inofensiva a los seres humanos”.

Preguntas caso 1: 1. ¿Qué tecnología molecular se puede aplicar para obtener la planta transgénica (genéticamente modificada para producir la toxina Bt) que describe el caso 1?

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RTA/ Para lograr producir plantas transgénicas se han empleado métodos como transferencia de ADN por medio de la bacteria Agrobacterium tumefaciens, la cual posee un plásmido denominado Ti con la capacidad de transferir ADN al genoma de la planta; otros métodos muy eficaces son la transferencia del plásmido portador de genes cry por bombardeo (pistola de genes) o mediante electroformación de protoplastos, suministrando la aplicación de un voltaje causando orificios en los protoplastos donde se insertará la solución de ADN, (Portela, Chaparro & López, 2013). 2. Describa cada uno de los pasos que se deben llevar a cabo en el laboratorio para que el gen de la toxina Bt sea correctamente incorporado y expresado por las células de la planta (el paso a paso debe detallarse desde la selección del gen de interés en la célula bacteriana hasta su incorporación y comprobación de la expresión del gen en la célula vegetal). RTA/ Para todas las técnicas de transformación vegetal es necesario disponer de un gen de interés, que puede ser endógeno modificado o un gen foráneo aislado de grupos filogenéticos variados (Karimi et al. 2007). Este debe ir flanqueado por los elementos reguladores necesarios para su expresión: una región promotora, cuya función general es el reconocimiento del sitio de unión de la DNA polimerasa con el consecuente inicio de la transcripción del gen en RNA mensajero y una región terminadora que da la señal de finalización de la transcripción, y es la encargada del mantenimiento de la estabilidad del mRNA y su transporte al citoplasma para su posterior traducción en una molécula proteica. Esta construcción Región promotora - Región codificante o gen de interés - Región terminadora, es conocida como casete de expresión (Sharma et al. 2002; Chaparro et al. 2005). La fuente de los segmentos génicos que componen el casete de expresión puede corresponder a orígenes biológicos diferentes, caso en que se denomina construcción quimérica. Este casete de expresión debe ir en un vector que permita su clonación o transferencia, mediante los métodos de transformación. Los vectores más utilizados en la transformación de plantas son plásmidos, donde fueron clonados los genes que serán introducidos en el genoma vegetal (Larik et al. 2004; Job, 2002; Karimi et al. 2007). La construcción quimérica, usualmente, se encuentra acompañada con otra construcción funcional, que corresponde a un gen marcador de selección. La introducción de este gen responde a la necesidad de identificar las plántulas que hayan sido regeneradas, a partir de células que insertaron el transgén dentro del conjunto del material vegetal sometido al proceso de transformación (Bhat & Srinivasan, 2002; Martínez et al. 2004; Karimi et al. 2007).

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Bacillus thuringiensis es un bacilo Gram positivo que durante su fase de esporulación produce una inclusión parasporal, conformada por proteínas Cry con actividad biológica contra insectos-plaga. Gracias a estas proteínas Bacillus thuringiensis presenta toxicidad contra larvas de insectos-plaga de los órdenes Lepidóptera, Coleóptera y Díptera, entre otros. La inclusión parasporal, puede ocupar hasta el 30% de la célula y se produce en la fase estacionaria de crecimiento de la bacteria. Esta inclusión está conformada por diversas estructuras proteicas, denominadas Cry y Cyt. Las proteínas Cry son el principal factor de virulencia de Bt, las cuales poseen pesos que osci-lan entre ~60 y 140 kDa, y que al estar en presencia de un ambiente reductor modifican su estructura volviéndose altamente tóxicas contra insectos de los órdenes Lepidóptera, Díptera, Coleóptera, Himenóptera, Homóptera, Ortóptera y Malófaga. Gracias a los estudios sobre los genes cry de Bt se han logrado diferentes tipos de plantas transgénicas que los expresan, las cuales tienen grandes beneficios ya que la producción de toxinas expresadas por éstas es constante, y persiste en el tejido de la planta, gracias a esto hay una disminución del uso de plaguicida químicos reduciendo costos para el sector agrícola y generando una producción sostenible La forma estructural de las toxinas Cry está constituida por tres dominios determinantes para su actividad biológica contra insectos. El dominio I consiste en un paquete de siete œ-hélices antiparalelas, donde la hélice 5 está rodeada por las demás; responsable de la formación del poro, el cual se cree que adquiere su forma final de poro por acción de las hélices œ5 y œ6 que se juntan manera de bucle en el extremo de la estructura insertándose en la superficie de la membrana lipídica de las células intestinales del insecto susceptible El dominio II consta de tres láminas antiparalelas ß distribuidas en una típica topología de “llave griega”, acomodada en lo que se ha llamado un ß-prisma; el dominio III consiste de 2 láminas ß antiparalelas formando un ß sándwich En consideración de la estructura de tres dominios funcionales de la proteína Cry, el dominio II es una zona altamente variable, y se considera que es el principal determinante de la especificidad ya que está encargado de reconocer al receptor del insecto Por otro lado, se ha descubierto que las toxinas Cry presentan cinco bloques conservados. El bloque 1 está conformado por cinco hélices del dominio I, una zona altamente conservada, por lo que se cree que está implicado en la formación del poro. El bloque 2 incluye siete hélices de dominio I y la primera lámina ß del dominio II, es la región de contacto de estos dominios, lo cual puede ser importante si el dominio I cambia su orientación relativa para la interacción con el receptor, y para mantener la forma globular de la proteína durante la solubilización y activación Los bloques 3, 4 y 5 se encuentran dentro del dominio III El bloque 3 contiene la última lámina ß del

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dominio II, una estructura involucrada en las interacciones entre los dominios II y III). El bloque 4 contiene 2 argininas centrales envueltas en los puentes salinos, involucrados en la agregación oligomérica. La razón biológica del bloque 5 no es clara (Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., Lereclus, D., Baum, J., Feitelson, J., Zeigler, D.R., Dean). 3. Cómo se puede identificar/comprobar que el gen de interés sí se está expresando? RTA/ Para todas las técnicas de transformación vegetal es necesario disponer de un gen de interés, que puede ser endógeno modificado o un gen foráneo aislado de grupos filogenéticos variados (Karimi et al. 2007). En la mayoría de especies, se observa una importante influencia del genotipo en la respuesta al cultivo in vitro. Por ello, cuando se usa esta tecnología, con fines de mejoramiento genético es muy importante conocer la respuesta morfogenética de los distintos genotipos (Gutiérrez et al. 2002). Una vez se logra la regeneración de las plantas transgénicas a partir de células transformadas, se debe realizar la verificación del estatus transgénico de estas plantas, mediante el uso de técnicas moleculares, como PCR o “Southern blot”, para determinar la inserción del transgén, RT-PCR o “Northern blot”, para verificar su transcripción y “Western Blot” o ELISA, para detectar la producción de la proteína (Díaz et al. 2004). Actualmente, la cuantificación de la expresión es una tarea relativamente sencilla; técnicas como el Northern blot (que detecta ARNm), RT-qPCR, o microarrays, entre otros, nos proporcionan esta información. Para, conocer el nivel de expresión de una proteína de forma cualitativa, éste se puede medir directamente por la técnica del western blot, siempre que se disponga de un anticuerpo específico para la proteína en estudio. La localización celular o subcelular de la proteína o producto de expresión, también es importante; para ello técnicas como la hibridación in situ, inmunolocalización mediante microscopía confocal y electrónica, así como la existencia de las proteínas de fusión o tags como la green fluorescent protein, han ayudado de manera muy importante al entendimiento de la expresión génica y la asociación de determinadas funciones en sitios específicos de la célula (Campos N, 2013) 4. En una conclusión grupal: podemos confiar en la palabra de los biotecnólogos cuando afirman "La toxina Bt es inofensiva a los seres humanos”.? RTA/ Esta abreviatura (BT) se refiere a Bacillus thuringiensis, que es un agente microbiológico que se relaciona con otra bacteria de breve proliferación pero que no coloniza el intestino, dicha actividad se describe como el desplazamiento desde la

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planta hacia el intestino y a pesar de que esta bacteria es utilizada para el control de plagas no se ha reportado la presencia alguna en el intestino. Sin embargo este es otro análisis de riesgo prejuiciado de la ruleta genética en donde los riesgos existentes se exageran y aquellos que están presentes en los alimentos se ignoran, puesto que la bacteria BT ya está en los alimentos y fácilmente se podría transferir sus genes a las bacterias intestinales que portan los minicromosomas de los plásmidos que son fácilmente heredados, y los movimientos de genes bacterianos de la Bt al intestino son poco probables ya que se supone como una bacteria segura y que promueve la salud intestinal. (S.A, S.F) Pero según la publicación del 15 de mayo del 2011 de la revista Nature News en un estudio realizado por la universidad de Sherbrooke, Canadá, se descubrió que la toxina Bt es un componente de algunos alimentos genéticamente modificados, y se encontró en muestras de sangre humana, lo que echaría a perder la falsa noción de que dicho componente es metabolizado por el organismo, pues se muestra que esta persiste indefinidamente en el torrente sanguíneo. Hace mucho tiempo que la industria ha argumentado a la toxina Bt como inofensiva para el ser humano, pero la presencia de esta toxina en la sangre muestra lo contrario ya que esta es “Un pesticida que se convierte en sistémica, se integra a determinados organismos genéticamente modificados para repeler las plagas. El maíz Bt, por ejemplo, fue diseñado en realidad para que la planta pueda producir la toxina directamente en los núcleos de todos los tejidos para su posterior consumo por los animales y los seres humanos” ( Gómez, 2011) También se ha detectado la presencia de la toxina en la sangre fetal, lo que quiere decir que se transmite fácilmente de la madre al hijo y persiste durante mucho tiempo, esto se demostró según un estudio realizado en el hospital Sherbrooke (CHUS) en Quebec a 30 mujeres embarazadas y 39 mujeres para ligadura de trompas allí se obtuvieron resultados como La toxina Cry1Ab se detectó en el 93 % y 80% de las muestras de sangre materna y fetal, respectivamente, y en 69% de las muestras de análisis de sangre de las mujeres no embarazadas. Estudios anteriores habían encontrado rastros de la toxina Cry1Ab en el contenido gastrointestinal de los animales alimentados con maíz transgénico. Esto dio lugar a temores de que las toxinas no pueden ser eliminados con eficacia en los seres humanos y puede haber un alto riesgo de exposición a través del consumo de carne contaminada. ( Gómez, 2011) Ahora bien, a pesar de que no es la primera vez que se ha denunciado los siniestros resultados de este modelo de (OGM) por científicos y activistas, sería interesante que

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se dejara de lado por un momento la “necesidad” de expansión y se garantizara la sanidad de los productos agrícolas y sus consumidores.

Estudio de caso 2 Científicos de una empresa japonesa, crearon la primera rosa del mundo con pigmento para color azul. Anteriormente, rosas de coloración azul ya eran producidas a través de cruces selectivos, pero no eran consideradas azules verdaderos. La técnica utilizada consistió en extraer el gen de la enzima que produce el pigmento azul de una flor llamada “pensamiento” e incorporarlo al genoma de la rosa para que produzca el color azul. Explique: I.

¿De dónde los investigadores tomaron el gen para la obtención de la rosa azul transgénica? RTA/ Efectivamente la creación de la primera rosa azul, tuvo todo un proceso de investigación por parte de los científicos, esta rosa fue creada mediante la ingeniería genética, el gen de la enzima flavonoide 3', 5' hidroxilasa de petunia fue clonado por ingeniería genética e introducido en una variedad de rosa denominado Cardenal de Richelieu (Rosa gallica). Sin embargo, dado que el pigmento para formar el color rosa todavía estaba presente y activo, la rosa original fue más un borgoña oscuro que azul, (Escandon, 2010). Tiempo después, los investigadores siguieron intentado crear el pigmento azul mediante la inclusión de un gen proveniente de la petunia (Petunia × hybrida) en las células de esas plantas, que produce la enzima indispensable para lograr la síntesis de delfinidina. Además de ese gen, se incluyó también mediante transformación un "gen silenciador", cuyo propósito exclusivo es ordenar a la rosa que deje de fabricar el pigmento rojo, la cianidina. Aparentemente, restaba modificar la acidez (el pH) de las células de estas rosas para que sus pétalos fueran totalmente azules, (Gomez, 2013). Para el 2004, y tras 20 años de investigaciones, los científicos anunciaron el desarrollo de la primera rosa azul verdadera (el 100% de los pigmentos de sus pétalos es azul) en la que se había insertado el gen responsable de la síntesis de delfinidina procedente de la flor del pensamiento, (Gomez, 2013).

II.

¿Cuál metodología emplearon para la obtención de esta planta transgénica?

RTA/ Para lograrla se clonó el gen de la delfinidina a partir de una petunia y se le insertó a una rosa color malva, llamada Rosa gallica (también conocida como rosa “Cardenal Richelieu”). No obstante, como el pigmento cianidina estaba aún presente, la rosa que se obtuvo no tenía un color verdaderamente azul sino más bien burdeos

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oscuro. Posteriores trabajos, empleando tecnología de interferencia por ARN, para deprimir la producción de cianidina, produjeron una planta malva muy oscura, con solo pequeñas trazas de cianidina. La ingeniería genética, particularmente la ingeniería genética de flavonoides. Desde 1990, los científicos de la compañía holandesa Florigene (controlada desde el 2003 por la empresa japonesa Suntory) han intentado crear el pigmento azul en los pétalos de las rosas mediante la inclusión de un gen proveniente de la petunia (Petunia × hybrida) en las células de esas plantas, que produce la enzima indispensable para lograr la síntesis de delfinidina. Además de ese gen, se incluyó también mediante transformación un "gen silenciador", cuyo propósito exclusivo es ordenar a la rosa que deje de fabricar el pigmento rojo, la cianidina. En 1996, Yoshikazu Tanaka, a cargo del proyecto de la rosa azul, pudo fabricar a partir de una antigua variedad llamada «Cardenal» una primera rosa transgénica que tenía en sus pétalos moléculas de delfinidina, el pigmento azul. Pero el análisis indicó que en los pétalos había también moléculas de cianidina, el pigmento responsable del color rojo. A simple vista, la flor tenía un color borgoña oscuro. Todavía no era azul. Fue en el año 2002 cuando Tanaka tuvo en sus manos la primera rosa que sólo tenía pigmento azul en sus pétalos. No era todavía una rosa visiblemente azul, sino más bien una rosa entre malva y lila, como otras variedades ya existentes en el mercado («Blue Moon», «Vol. de Nuit»). Aparentemente, restaba modificar la acidez (el pH) de las células de estas rosas para que sus pétalos fueran totalmente azules. En el 2004, y tras 20 años de investigaciones, Suntory y los científicos de Florigene anunciaron el desarrollo de la primera rosa azul verdadera (el 100% de los pigmentos de sus pétalos es azul) en la que se había insertado el gen responsable de la síntesis de delfinidina procedente de la flor del pensamiento. Desde el 2009 ya se comercializa y se exporta. III.

¿En este experimento existió un gen marcador de selección, si existió por qué fue utilizado?

RTA/ En éste caso los científicos tomaron el gen de la enzima flavonoide 3', 5' hidroxilasa de petunia para clonarlo por ingeniería genética e introducirlo en una variedad de rosa denominada Cardenal de Richelieu (Rosa gallica). El gen clonado es la delfinidina (Color Azul) a partir de la petunia y se le insertó a una rosa color malva (Rosa gallica también conocida como rosa “Cardenal Richelieu”). No obstante, como el pigmento cianidina (Color Rojo) estaba aún presente, la rosa que se obtuvo no tenía un color verdaderamente azul sino más bien burdeos oscuro. Posteriores trabajos, empleando tecnología de interferencia por ARN, para deprimir la producción de cianidina, produjeron una planta malva muy oscura, con solo pequeñas trazas de cianidina.

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Así las cosas si se introduce en la rosa el gen que lleva la información para que se produzca la enzima que fabrica al pigmento delfinidina (Color Azul), este pigmento aparecerá en la flor, en particular, en sus pétalos. El gen en cuestión es conocido como “Blue Gene”, y ya fue empleado para fabricar claveles y crisantemos azules. IV.

¿Sería posible que esta rosa transgénica sea obtenida mediante la tecnología CRISPR/Cas9

RTA/ No sería posible obtener la rosa a partir de la tecnología CRISPR/Cas9, teniendo en cuenta que dicha tecnología no permite la modificación ni alteración de los genes en plantas, es decir, es posible suprimir características fenotípicas de una especie, sin embargo, no se pueden cambiar radicalmente dichas características. V.

¿Es ético que los investigadores modifiquen genéticamente los organismos?

RTA/ Reiser y Weitman, definen la ética como la "disciplina que establece criterios y métodos para decidir si las acciones son correctas o equivocadas" ( Garcia Ruiz , S,F) esto quiere decir que definen la ética como los valores esenciales para realizar acciones correctas y esta se basa en tres principios resumidos la beneficencia, la autonomía y la justicia. Pero el problema de los OGM es que antes de aplicar tecnología en ellos los riesgos y beneficios son conocidos tan solo probabilidades. Ahora bien, en la manipulación genética de las plantas se presentan los efectos posteriormente y hacen referencia al hecho de informar o no al consumidor de que se tratan los productos manipulados genéticamente. Sin embargo, los efectos que tendrán estos alimentos en el ser humano son desconocidos debido a que son especies nuevas, inventadas por el hombre, que no han surgido naturalmente, pero cabe resaltar que alrededor de la ética surgen diferentes definiciones en el campo de la ciencia y aquí encontramos: El principio de beneficencia, los beneficios para el paciente derivados de la aplicación de una tecnología o procedimiento deben ser superiores a sus riesgos. La aplicación de cualquier tecnología conlleva cierto riesgo para el paciente, pero si los esperados beneficios son mayores que los probables riesgos no se plantea conflicto ético en el principio de beneficencia. ( Garcia Ruiz , S,F). En el principio de autonomía, el decisor es el paciente. Sin embargo, en la mayoría de los casos el paciente no dispone dela información suficiente y apropiada para tomar su decisión. En consecuencia o deja la decisión en manos del médico, o bien decide a través de la información y consejos del médico, de manera que en la práctica es el médico, o su influencia, quien tiene el papel relevante en el principio de autonomía. ( Garcia Ruiz , S,F).

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El principio de justicia, una actuación no es ética si no es equitativa, es decir si no está disponible para todos aquellos que lo necesiten. Asegurar la igualdad de oportunidades de todos los ciudadanos sin ningún tipo de discriminación y evitar las interferencias económicas, son aspectos éticos fundamentales en el acceso a las tecnologías médicas efectivas. ( Garcia Ruiz , S,F). Con lo anterior podemos afirmar que los organismos genéticamente modificados abarcan no solo plantas si no también animales y humanos, y debido a la cantidad de principios y aplicaciones que se le da a la ética en este campo, se debe calificar por partes pues, aunque generan resultados positivos, el fin no justifica los medios. Por ejemplo, en la actuación sobre embriones hay que considerar sí atenta o no contra la integridad de la persona, pero si desde otra perspectiva miramos la clonación, claramente se puede calificar como inaceptable ya que implica atentar contra la dignidad humana.

BIBLIOGRAFÍA Bey,

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