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Investigación » Biotecnología y Bioquímica » Profesores/Investigadores » Dr. Paredes López Octavio » Laboratorio de Biotecnología de Alimentos

 

 

La investigación de nuestro grupo se ha enfocado en tres objetivos fundamentales:

  1. Mejoramiento de las características nutricionales, nutracéuticas, funcionales, sensoriales y de maduración de materiales agroalimentarios mesoamericanos.
  2. Identificación, clonación y caracterización de genes y regiones genómicas que codifican proteínas de reserva de semillas, y rasgos cuantitativos de interés alimentario y nutracéutico.
  3. Expresión en diversos vectores, modelos (Escherichia coli, Pichia pastoris, Nicotiana tabacum), y cultivos alimentarios (Zea mays, Opuntia sp.), y modificación de moléculas, reacciones y rutas bioquímicas de importancia alimentaria y nutracéutica. 3).

Mejoramiento del valor nutricional del gra-no de maíz (Zea mays) mediante la intro-ducción del gen de una globulina de la se-milla de amaranto (Amaranthus sp).

 

Durante 15 años hemos llevado a cabo investigaciones extensivas sobre la composición, valor nutracéutico y funcional del grano de amaranto, enfocándonos en el estudio de sus proteínas de reserva y del almidón. Estos trabajos nos permitieron en años recientes clonar y caracterizar por primera vez el cDNA de una de sus proteínas más importantes, la globulina 11S, la cual bautizamos como amarantina. Su excelente balance de aminoácidos, en particular su alto nivel de lisina, nos impulsaron a introducir dicho cDNA al maíz, a fin de mejorar significativamente el valor nutricional de este alimento básico para los mexicanos. Obtuvimos maíz tropical genéticamente modificado expresando la amarantina, lo cual provocó un mejoramiento significativo en los niveles de varios aminoácidos esenciales, incluidos lisina y triptofano, así como del nivel de proteína del grano. El valor nutricional alcanzado es comparable al del maíz de alta calidad proteínica (QPM, por sus siglas en inglés). Aunque el amaranto históricamente no ha sido asociado con reacciones adversas en humanos, actualmente analizamos algunos indicadores de alergenicidad en los maíces transformados, a fin de satisfacer protocolos de evaluación de inocuidad alimentaria que los organismos internacionales han propuesto para estos materiales. Por lo pronto, las secuencias de aminoácidos de la amarantina no muestran niveles significativos de homología con las de alergenos conocidos, lo cual sugiere que el maíz-amarantina representará un paso altamente significativo en el mejoramiento nutricional del maíz.

 

 

 

 

Figura 1. Maíz transformado con el cDNA de la amarantina y modelo tridimensional de esta proteína obtenido en base a su secuencia.

 

La biodiversidad del frijol común (Phase-olus vulgaris) en México e identificación de loci de rasgos cuantitativos (QTL) asocia-dos a características nutracéuticas, funcio-nales y agrícolas del cultivo.

 

México es uno de los centros de origen y biodiversidad del frijol común. A pesar de esto y lamentablemente, gran parte del acervo genético se ha perdido, y del restante se conoce muy poco de las bondades de su composición química, valor nutracéutico, propiedades funcionales y agronómicas. Por esto, hemos venido llevando a cabo estudios, junto con el INIFAP-Celaya, para conocer la biodiversidad, valor nutricional y nutracéutico, características agronómicas y relaciones de parentesco de los materiales de frijol silvestres, enmalezados, criollos y mejorados de México, usando técnicas de marcadores moleculares de DNA. Hemos logrado identificar loci de rasgos cuantitativos asociados al peso de la semilla y a los contenidos de hierro, calcio, zinc y taninos, entre otros. Los datos obtenidos están siendo utilizados en los programas de fitomejoramiento tradicional de frijol del INIFAP.

 

Ingeniería de la ruta biosintética de carote-noides de la flor de cempaxúchil (Tagetes erecta).

 

Además del conocido uso ornamental que se da a la flor de muerto en México, se extraen de ella oleorresinas ricas en el carotenoide amarillo llamado luteína, utilizado como nutracéutico y en la pigmentación de la piel de pollo y la yema del huevo. De hecho, el cempaxúchil se ha convertido en un modelo ideal para el estudio de la carotenogénesis, ya que posee enzimas clave de dicha ruta y representa el tejido vegetal más abundante con los mayores niveles conocidos de carotenoides. Además de haber implementado métodos de extracción y cuantificación de sus pigmentos, en nuestro laboratorio caracteriza-mos sus carotenoides, encontrando que hay componentes de la flor que contribuyen a la estabilidad de la luteína frente a la luz y la temperatura. Asimismo, hemos clonado y caracterizado cDNAs de enzimas de caroteno-génesis de la flor de Tagetes tales como la fitoeno sintasa, fitoeno desaturasa, y las b- y e-licopeno ciclasas. Estas ciclasas son claves en la bifurcación de la ruta hacia la síntesis de carotenoides cíclicos, como la luteína, el b-caroteno (pro-vitamina A), y otros de muy alto poder pigmentante y valor agregado. Habiendo desarrollado la técnica de regeneración de plantas de cempaxúchil in vitro, planeamos llevar a cabo su transformación genética a objeto de incrementar los niveles y modificar el patrón de carotenoides producidos por las flores, obteniendo un material de alto valor agregado y con un amplio potencial de aplicación en la industria alimentaria.

 

Mejoramiento nutracéutico del nopal verdu-ra (Opuntia sp).

 

Por ser un alimento de alta aceptación en todos los estratos sociales y con propiedades nutracéuticas de control de la diabetes recientemente demostradas, los nopalitos son un alimento altamente susceptible de ser mejorados para incrementar los niveles de algunos de sus nutrientes, tales como el b-caroteno (pro-vitamina A). Nuestro grupo ha desarrollado técnicas para la micropro-pagación y regeneración de plantas de nopal in vitro, lo cual nos dio la pauta para lograr su transformación genética. Actualmente probamos construcciones con cDNAs de genes de carotenogénesis de flor de cempaxúchil, introduciéndolas al sistema modelo del tabaco, para su posterior expresión en nopal verdura. Los nopalitos ricos en pro-vitamina A contribuirían a satisfacer los requerimientos de este nutracéutico clave, sobre todo en sectores de la población con escaso acceso a otras verduras.

 

Control de la maduración de la tuna (Opuntia sp).

 

La importancia socioeconómica de la tuna para nuestro país hace imperativo el mejoramiento de la vida de anaquel del fruto, entre otras características, a fin de poder llegar a competir en los mercados internacionales que la demandan. Los estudios que hemos llevado a cabo sobre las enzimas que participan en la maduración del fruto indican que la poligalacturonasa, b-galactosidasa y celulasa participan activamente en el ablandamiento de la cáscara, siendo factores claves en el deterioro postcosecha. Los protocolos que hemos desarrollado para transformar genéticamente y regenerar plantas completas a partir de tejidos in vitro, junto con la caracterización de los genes de las enzimas mencionadas, nos permitirían obtener plantas de nopal con tunas que se ablandan más lentamente, permitiendo una mayor calidad de fruto y alcance a mercados lejanos, con el impacto socioeconómico que ello implicaría para los productores nacionales.

 

 

Figura 2. Expresión transitoria del gen GUS en tejidos de nopal transformados con Agrobacterium tumefaciens.

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