Construcción de una planta transgénica de arabidopsis thaliana que expresa una declorinasa bacteriana y que elimina, y degrada el pesticida lindano

Carolina González de Figueras

Departamento de Evolución Molecular

Año 2020

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El hexaclorociclohexano (HCH) es un compuesto organoclorado producido de forma sintética al reaccionar el benceno con el cloro en presencia de luz ultravioleta. De los 8 posibles isómeros sólo el -HCH tiene actividad insecticida y se denominó lindano, que es purificado mediante un proceso muy ineficiente. Antes de que acabara la década de los 40 ya se producía y utilizaba a gran escala por su bajo precio, eficacia y amplio espectro de actuación. El lindano se ha utilizado como pesticida agrícola, para la limpieza de semillas, tratamiento de los parásitos del ganado, en salud humana (para tratamiento de piojos y sarna), y también para el control plagas y de insectos transmisores de enfermedades como la malaria.

Este pesticida se empleó de forma masiva entre los años 1950-1970, a pesar de que ya se empezaban a estudiar sus efectos nocivos en la salud humana y en el medio ambiente. A partir de la década de los 70 empezaron las restricciones y su uso fue disminuyendo paulatinamente hasta que se prohibió en, al menos 52 países tras la convención de Estocolmo en el 2010 (a la que en la actualidad se han adscrito 184 países). El primer país que lo prohibió fue Japón en el 1973, seguido por otros como EEUU, China y la UE, aunque todavía en India se sigue produciendo. Lo que un principio parecía un pesticida efectivo que no suponía ningún riesgo para la salud, ha pasado a convertirse en uno de los problemas ecológicos y de salud humana de mayor envergadura. El IARC lo ha incluido en el Grupo 1, donde se encuentran los contaminantes más peligrosos, por ser cancerígeno para el hombre y para los animales (IARC, 2019). Los isómeros que se descartaban en el proceso de producción de lindano, junto con los depósitos del pesticida, (todos tóxicos, permanentes y bioacumulativos) se almacenaron en condiciones de ínfima seguridad en lo que se conoce como “montañas blancas” favoreciendo su liberación al medio ambiente, contaminando suelos, ríos y acuíferos y por tanto introduciéndose en la cadena trófica. La volatilización del compuesto ha producido una dispersión de zonas cálidas donde se producía hacia las más frías, lo que ha conllevado una contaminación global (desde las zonas de producción y uso hasta los polos, altas montañas y océanos). Debido a su extensión y toxicidad resulta urgente encontrar una solución definitiva, económica y sostenible.

Este trabajo de tesis doctoral se centra en la construcción de una planta capaz de ayudar a descontaminar los suelos contaminados con este pesticida mediante la inserción y expresión en el genoma de la planta modelo Arabidopsis thaliana del gen bacteriano linA que está en el inicio de la ruta degradativa del lindano en la cepa Sphingobium japonicum UT26 aislada de suelos contaminados con este compuesto en Japón. Gracias a la biología molecular podemos diseñar y crear un organismo que contenga y exprese genes de otra especie con el fin de conseguir mejorar el organismo inicial para usarlo como herramienta de descontaminación. Se propone por tanto explorar la estrategia de fitodegradación para eliminar el lindano de suelos contaminados, empleando una planta modificada que degrade este compuesto…

EN

Hexachlorocyclohexane (HCH) is an organochlorine compound produced synthetically by reacting benzene with chlorine in the presence of ultraviolet light. Of the 8 possible isomers, only the γ-HCH has insecticidal activity and was named lindane, which is purified by a very inneficient process. Before the end of the 1940s, it was already produced and used on a large scale due to its low price and broad spectrum of action. Lindane has been used as an agricultural pesticide, for seed cleaning, treatment of livestock parasites, in human health (for treatment of lice and scabies), and also for the control of pest and insects that transmit diseases such as malaria.

This pesticide was used massive scale between the years 1950-1970, despite the fact that it is harmful effects on human health and the environment were already being studied. From the 1970s, restrictions started and its use gradually decreased until it was banned in at least 52 countries after the Stockholm convention in 2010 (nowadays 184 countries had been united it). Japan was the first country to ban it in 1973, followed by others such as the United States, China and the European Union, although it is still being produced in India. At first, it was thought to be an effective and harmless pesticide but now it has become one of the largest ecological and human health problems. It had been included in Group 1 where the most dangerous pollutants are because of this carcinogenesis to human an animals (IARC, 2019). The isomers that were discarded in the lindane production process and the stored pesticide (all toxic, persistent and bioaccumulative), were stockpiled under very low security conditions in what is known as white mountains, which favors their release into the environment, contaminating soils, rivers and aquifers and therefore, entering the food chain. The volatilization of the compound has produced a dispersion from the warm areas where it was manufactured to the colder ones, producing global contamination (from the areas of production and use to the poles, high mountains and oceans). Due to its extension and toxicity, it is urgent to find a definitive, economic and sustainable solution.

This doctoral thesis work focuses on the construction of a plant capable of helping to decontaminate soils contaminated with this pesticide, through the insertion and expression into the plant genome of the bacterial gene linA, which is at the beginning of the lindane degradation pathway in the Sphingobium japonicum UT26 strain isolated soils contaminated with this compound in Japan. Thanks to molecular biology, we can design and create an organism that contains and expresses genes from another species in order to improve the initial organism to use it as a decontamination tool. It is therefore proposed to use a phytodegradation strategy to remove lindane from contaminated soils by using a modified plant that degrades this compound…

Datos de interés

Supervisores: José Eduardo González Pastor
Universidad: Universidad Complutense de Madrid (UCM), Centro de Astrobiología (CAB)
Fecha de lectura: 10/12/2020

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