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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Centro de Desarrollo de Productos Bióticos Departamento de Biotecnología CULTIVO in vitro DE Jatropha curcas PARA LA OBTENCIÓN DE CURCINA TESIS Que para obtener el grado de Maestría en Ciencias en Desarrollo de Productos Bióticos PRESENTA Melissa Eugenia Guadalupe Bermejo Cruz Directores de tesis Dra. Silvia Evangelista Lozano Dra. Alma Leticia Martínez Ayala Yautepec de Zaragoza, Morelos; Noviembre 2010

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  • INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

    Centro de Desarrollo de Productos Bióticos Departamento de Biotecnología

    CULTIVO in vitro DE Jatropha curcas PARA LA OBTENCIÓN DE CURCINA

    TESIS

    Que para obtener el grado de Maestría en Ciencias en Desarrollo de Productos Bióticos

    PRESENTA

    Melissa Eugenia Guadalupe Bermejo Cruz

    Directores de tesis Dra. Silvia Evangelista Lozano

    Dra. Alma Leticia Martínez Ayala

    Yautepec de Zaragoza, Morelos; Noviembre 2010

  • El presente trabajo se llevó a cabo en el Departamento de Biotecnología del Centro

    de Desarrollo de Productos Bióticos del Instituto Politécnico Nacional bajo la

    dirección de la Dra. Silvia Evangelista Lozano y Dra. Alma Leticia Martínez Ayala. Así

    también parte de este trabajo se desarrollo en el Laboratorio de Cultivo de Células y

    Tejidos Vegetales, Proteínas y Laboratorio del Centro de Investigación en

    Biotecnología Aplicada. La investigación fue realizada con el financiamiento

    económico de de la beca CONACYT (registro: 267716), la Secretaría de

    Investigación y Posgrado del Instituto Politécnico Nacional (SIP) con el proyecto:

    Propagación ex e in vitro y respuesta a fertilización de plantas con importancia

    económica: ornamental, frutícola e industrial (2010-0024) y por el Consejo Nacional

    de Ciencia y Tecnología con el proyecto: Diversidad de Jatropha curcas L.

    Conservación y propagación (71480).

  • AGRADECIMIENTOS

    Mi más sincero agradecimiento a mis directoras de tesis, Dra. Silvia Evangelista Lozano y Dra. Alma

    Leticia Martínez Ayala por su apoyo, confianza, paciencia y orientación para la elaboración del

    trabajo de tesis y de investigación. Gracias por creer en mí.

    A los integrantes de mi comité evaluador, M. en B. Ada María Ríos Cortés, Dra. Martha L. Arenas

    Ocampo, Dra. Edith Agama Acevedo y Dr. Antonio Jiménez Aparicio por toda su orientación y apoyo

    en la revisión de este trabajo.

    A la Lic. en Nut. Antonia De Jesús Sánchez y Lic. en Nut.. Sandra Luz Escobar por su orientación en

    las técnicas de cultivo in vitro y su amistad.

    Al M. en C. Roberto Briones Martínez por su apoyo en el fraccionamiento de proteínas, así como a la

    M. en C. Isabel Cortés Vázquez, por haberme permitido trabajar en el laboratorio de Enzimas

    vegetales.

    Al Dr. Andrés Cruz Hernández por su apoyo y orientación en las técnicas de electroforesis

    desnaturalizante de proteínas, al igual que a la Dra. Alma Angélica del Villar por permitirme trabajar en

    el laboratorio de Biología Molecular.

    A Rita Martínez y María Luisa Corona su amistad y colaboración durante la estancia en el CEPROBI.

    Al Centro de Desarrollo de Productos Bióticos (CEPROBI) y Centro de Investigación en Biotecnología

    Aplicada (CIBA), por abrirme las puertas de sus instalaciones y permitir realizar la Maestría.

    A amigos y compañeros Maribel, Jann, Eva, Erika, Fandy, Lupita, Dulce, Lety, Carmen, Argelia, Edith,

    Raúl, César, Carlos, Jorge, Chayito, Karo, Nadia, Jaime, Humberto, Gilberto, Cuauhtemoc, Paul,

    Jacqueline, Janette, Ray, Margarito, Mónica Hernández, Isra, Vero R., Mario, Fer, Gus, Ricardo, Viri,

    Emmanuel Lupita Salcedo, Elvirita, Yemi, Maricela, Don Gil, Tessy.

    A la Lic. Elvia Sosa, Vanessa Yanez, Sarita Bahena, personal de informática y biblioteca y UTEC, por

    las atenciones brindadas durante la Maestría.

    Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el apoyo recibido como becario y a los

    proyectos SIP 2010-0024: Propagación ex e in vitro y respuesta a fertilización de plantas con

    importancia económica: ornamental, frutícola e industrial y CONACYT-CONAFOR: Diversidad de

    Jatropha curcas L. Conservación y Propagación (71480).

  • DEDICATORIAS

    A DIOS Por ser mí apoyo espiritual en todo momento

    A QUIENES ESTÁN SIEMPRE CONMIGO A PESAR DE LA DISTANCIA

    MIS PADRES Por darme alas y enseñarme a usarlas

    Por su amor, entrega, confianza, paciencia, consejos y sacrificios

    YAYO Y PI Por ser mí apoyo… porque juntos hemos hecho de cada paso lo mejor de lo

    vivido

    MARIANA Y DOMINIKA Ustedes son mi alegría… mi motor…!!

    MIS ABUELITOS, TÍOS Y PRIMOS

    A MIS AMIGOS

    MARIBEL Por las mejores horas del té y felices no cumpleaños… TQM Mary!!

    ASOCIACIÓN VIPERINA, A.C., ASOCIADOS Y NO ASOCIADOS

    KARO, NADYS, JANN, KARY, VERO P., OSCAR, SAÚL, CARLOS, LETY,

    MICH, YADIS, JAIME, DULCINEA, LAU, CHAYIS, LUIS Por su amistad, apoyo, confianza, consejos, cariño, risas, llantos y todos los

    momentos que compartimos… porque más que amigos hicimos una familia..!!

    YASSER Y SANTI Por sus palabras de ánimo y consejos

  • i

    Resumen

    La curcina es una proteína inactivadora de ribosomas tipo I con interés farmacéutico

    por su actividad antitumoral. Este metabolito ha sido aislado de forma ex vitro en

    semilla, hoja y tallo de Jatropha curcas L. de genotipos tóxicos y no tóxicos, mientras

    que en material cultivado in vitro no ha sido reportada. La propagación de J. curcas

    mediante cultivo de células y tejidos vegetales representa una alternativa para la

    obtención de esta proteína. Por lo que el objetivo de este trabajo fue establecer las

    condiciones in vitro para la inducción de brotes y callos, así como identificar la

    presencia de curcina en el material in vitro obtenido. Se estableció un sistema de

    desinfestación de explantes de segmentos nodales de tallo con solución jabonosa,

    tween 20 al 1% e hipoclorito de sodio al 1%. El cultivo in vitro se estableció en medio

    semisólido de Murashige y Skoog (MS) con AIB (0, 0.1, 0.25 y 0.5 mg·L-1) combinado

    con BAP (0, 0.1, 0.25 y 0.5mg·L-1), con lo que se obtuvo callos friables en el

    tratamiento AIB 0.5 mg·L-1 + BAP 0.25 mg·L-1 a los 21 días de incubación en el 100%

    de los explantes. La brotación se presentó en todos los tratamientos, obteniéndose

    plántulas completas y brotes múltiples, siendo el mejor AIB (0.1, 0.5 mg·L-1 + BAP

    0.25 mg·L-1). Se evaluó la cinética de crecimiento celular del callo resultando un

    tiempo de duplicación celular de 6.64 días y una velocidad específica de crecimiento

    de 0.151 d-1. Se prepararon extractos de las muestras en búfer salino de fosfatos a

    pH 7.2, los cuales fueron fraccionados por cromatografía de exclusión molecular. Los

    perfiles de elución molecular de los extractos mostraron dos picos para los extractos

    de plántulas in vitro y tres picos para los de callo. De las fracciones resultantes, así

    como de los extractos crudos de material in vitro se cuantificó la concentración de

    proteína cruda por el método del ácido bicinconínico. De estas fracciones y extractos

    crudos se realizaron los perfiles electroforéticos para identificar bandas de 28-32 kDa

    las cuales podrían corresponder a la curcina.

  • ii

    Abstract

    The curcin is a ribosome inactivating protein type I with pharmaceutical interest for its

    antitumor activity. This metabolite has been isolated in seed, leaf and stem of

    Jatropha curcas L. of toxic and nontoxic genotypes, while in vitro material has not

    been reported. The propagation of J curcas using cell and plant tissue culture is an

    alternative for the production of this protein. So the aim of this study was to

    establishment in vitro conditions for induction of shoots and callus, and identify the

    presence of curcin in the material obtained in vitro. A system for disinfecting stem

    nodal explants with soap solution, 1% Tween 20 and sodium hypochlorite 1%. In vitro

    culture was established in semisolid Murashige and Skoog (MS) with IBA (0, 0.1, 0.25

    and 0.5 mg·L-1) combined with BAP (0, 0.1, 0.25 and 0.5 mg·L-1). Friable callus were

    obtained in the treatments IBA 0.5 mg·L-1+ BAP 0.25 mg·L-1at 21 days of incubation

    in 100% of the explants. Sprouting occurred in all treatments, obtaining seedlings and

    shoot multiplication, being the best AIB (0.1, 0.5 mg·L-1+ BAP 0.25 mg·L-1). Cell

    growth kinetics of callus was evaluated, resulting a cell doubling time of 6.64 days

    and a specific growth rate of 0.151 d-1. Extracts from samples were prepared in

    phosphate buffer saline at pH 7.2, which were fractionated by size exclusion

    chromatography. Were obtained two peaks for the extracts of seedlings in vitro and

    three peaks for callus. From the resulting fractions and extracts of material in vitro

    was quantified the crude protein concentration by bicinchoninic acid method. Of these

    fractions and crude extracts were performed electrophoretic profiles to identify bands

    of 28-32 kDa which could correspond to the curcin.

  • iii

    ÍNDICE

    Resumen ....................................................................................................................... i

    Abstract ........................................................................................................................ ii

    ÍNDICE ........................................................................................................................ iii

    ÍNDICE DE CUADROS ................................................................................................ v

    ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. vi

    LISTA DE ABREVIATURAS Y SIMBOLOGÍA ........................................................... viii

    1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1

    2. REVISIÓN DE LA LITERATURA ............................................................................. 3

    2.1. Planta en estudio, Jatropha curcas L. ............................................................... 3

    2.2. Clasificación taxonómica y botánica ................................................................. 4

    2.3. Proteínas inactivadoras de ribosomas (RIPs) ................................................... 5

    2.3.1. Clasificación y mecanismo de acción de las proteínas inactivadoras de ribosomas ............................................................................................................. 6

    2.4. Importancia farmacéutica de la curcina y otras RIPs de obtenidas de diversas

    plantas ..................................................................................................................... 9

    2.5. Cultivos de células y tejidos vegetales ............................................................ 11

    2.5.1. Reguladores de crecimiento vegetal ........................................................ 13

    2.5.2. Obtención de brotes y callos .................................................................... 14

    2.6. Métodos de análisis de las proteínas inactivadoras de ribosomas ................. 15

    2.6.1. Métodos de separación y purificación de las proteínas inactivadoras de ribosomas ........................................................................................................... 16

    2.6.2. Cuantificación de las proteínas inactivadoras de ribosomas .................... 17

    3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 19

    4. OBJETIVOS .......................................................................................................... 20

    4.1. Objetivo general .............................................................................................. 20

    4.2. Objetivos particulares ..................................................................................... 20

    5. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................. 21

    5.1. Obtención de material biológico ...................................................................... 21

    5.2. Desinfestación de explantes ........................................................................... 22

    5.3. Medio de cultivo .............................................................................................. 23

    5.4. Inducción de brotes y callo ............................................................................. 23

  • iv

    5.5. Cinética de crecimiento y tamaño de los callos .............................................. 25

    5.6. Obtención de extractos y de las fracciones proteicas ..................................... 26

    5.7. Cuantificación de proteínas por el método del ácido bicinconínico ................. 27

    5.8. Identificación de pesos moleculares de las proteínas por SDS-PAGE ........... 29

    6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................................. 31

    6.1. Establecimiento del cultivo in vitro de J. curcas .............................................. 31

    6.1.1. Inducción de brotes .................................................................................. 31

    6.1.2. Inducción de callo..................................................................................... 35

    6.1.3. Cinética de crecimiento y aumento de tamaño de las células desdiferenciadas ................................................................................................ 39

    6.2. Obtención de extractos y fracciones proteicas ............................................... 44

    6.3. Cuantificación de proteínas por el método del ácido bicinconínico ................. 49

    6.4. Electroforesis de los extractos y fracciones proteicas de J. curcas ................ 50

    7. CONCLUSIONES .................................................................................................. 53

    8. PERSPECTIVAS ................................................................................................... 54

    9. LITERATURA CITADA .......................................................................................... 55

    ANEXOS ................................................................................................................... 60

    ANEXO 1. Solución fungicida aplicada a las plantas de Jatropha curcas en

    invernadero ............................................................................................................ 60

    ANEXO 2. Ficha técnica del Agromil PLUS® ........................................................ 61

    ANEXO 3. Ficha técnica del hipoclorito de sodio ................................................... 62

  • v

    ÍNDICE DE CUADROS

    Página

    Cuadro 1. Descripción taxonómica de la planta Jatropha curcas L 4

    Cuadro 2. Clasificación y abreviaturas de los RCV 14

    Cuadro 3. Simbología para identificación del tamaño, consistencia

    y color del callo

    24

    Cuadro 4. Recta de estándares de BSA 28

    Cuadro 5. Número de brotes inducidos por explante en cada tratamiento 33

    Cuadro 6. Características de los callos en los diferentes tratamientos 36

    Cuadro 7. Concentración de proteína en los extractos y fracciones 49

  • vi

    ÍNDICE DE FIGURAS

    Página

    Figura 1. Clasificación de las RIPs según su estructura 7

    Figura 2. Sitio de ruptura de las RIPs en el dominio S/R universal

    conservado

    9

    Figura 3. Diagrama experimental para el establecimiento de cultivo in

    vitro de J. curcas.

    22

    Figura 4. Explantes bajo condiciones controladas en cámara de cultivo 24

    Figura 5. Diagrama experimental para la obtención de extractos,

    fraccionamiento y cuantificación de proteínas de extractos de

    J. curcas

    26

    Figura 6. Soluciones estándar de BSA para cuantificación de proteínas 28

    Figura 7. Recta de estándares de BSA 29

    Figura 8. a) explantes de segmentos nodales, b) inducción de callo, c)

    multibrotación

    31

    Figura 9. Brotación de los explantes de J. curcas a partir de tallos con un

    solo nudo

    32

    Figura 10. Brotación múltiple y callo de J. curcas a partir del mismo

    explante

    34

    Figura 11. Subcultivo de callos: a) callo verde y friable, b) inicio de

    necrosis, c) necrosis completa del callo

    38

    Figura 12. Tratamiento de callos con antioxidantes: a) L-cisteína, b)

    carbón activado

    38

    Figura 13. Crecimiento radial de los callos de J. curcas medidos cada 5

    días: a) día 20, b) día 25, c) día 30, d) día 35, e) día 40, f) día

    45

    40

    Figura 14. Velocidad de crecimiento radial de callos de J. curcas 41

    Figura 15. Cinética de crecimiento en base a PF de callos de J. curcas 42

    Figura 16. Cinética de crecimiento en base a PS de callos de J. curcas 43

    Figura 17. Perfil de elución de la cromatografía por exclusión molecular 44

  • vii

    de extractos proteicos de planta in vitro de J. curcas (3.0x30)

    Figura 18. Perfil de elución de la cromatografía por exclusión molecular

    de extractos proteicos de planta in vitro de J. curcas

    45

    Figura 19. Perfil de elución de la cromatografía por exclusión molecular

    de extractos proteicos de callo de J. curcas

    46

    Figura 20. Perfil de elución de la cromatografía por exclusión molecular

    de extractos proteicos de croton

    47

    Figura 21. Perfil de elución de la cromatografía por exclusión molecular

    de extractos proteicos de semillas de J. curcas

    47

    Figura 22. Comparación del perfil de elución cromatográfica de la plántula

    in vitro y callo de J. curcas con los controles positivos

    48

    Figura 23. Patrones electroforéticos desnaturalizantes (SDA-PAGE) de

    extractos proteicos de: M) Marcador molecular, 1) Plántula in

    vitro de J. curcas, 2) Callo de J. curcas, 3) croton, 4) semilla J.

    curcas)

    51

    Figura 24. Patrones electroforéticos desnaturalizantes (SDA-PAGE) de

    las fracciones proteicas 31-42 de: M) Marcador molecular, 1)

    Plántula in vitro de J. curcas, 2) Callo de J. curcas, 3) croton, 4)

    semilla J. curcas

    52

  • viii

    LISTA DE ABREVIATURAS Y SIMBOLOGÍA

    µ Velocidad especifica de crecimiento

    µg·ml-1 Microgramo sobre mililitro

    µl Microlitros

    Longitud de onda

    2,4-D 2,4- diclofenoxiacético (auxina).

    ABA Ácido abscísico

    AG3 Ácido giberélico

    AIA Ácido 3-indolacético

    AIB Ácido indolbutírico (Auxina).

    ANA Ácido naftalenacético (Auxina).

    ARNr Ácido ribonucleico ribosomal

    BAP 6-bencilaminopurina (Citocinina).

    BCA Ácido bicinconínico

    BSA Suero de albúmina de bovino

    CCTV Cultivo de células y tejidos vegetales

    d-1 1·días

    F Friable

    IC50 Concentración media inhibitoria máxima de una sustancia.

    kDa Kilodaltones

    klx Kiloluxes

    m Pendiente de la recta

    mA Miliamperes

    mg·100 g-1 Miligramo sobre 100 gramos

    mg·L-1 Miligramos sobre litro

    ml·L-1 Mililitros sobre litro

    mM Milimolar

    MS Murashige y Skoog, 1962

    NF No friable

    NI No inducido

  • ix

    nM Nanomolar

    nmol·L-1 Nanomol sobre litro

    oC Grados centígrados

    PBS Búfer salino de fosfatos

    PF Peso fresco

    pI Punto isoeléctrico

    PS Peso seco

    RCV Reguladores de crecimiento vegetal

    RIP Proteína Inactivadora de Ribosomas.

    rpm Revoluciones por minuto

    tdc Tiempo de duplicación celular

    TDZ Tidiazuron.

    Ton·ha-1·año Toneladas por hectárea anual

    V Volts

  • 1

    1. INTRODUCCIÓN

    México es centro de origen de la Jatropha curcas L., Euphorbiacea con potencial

    industrial y medicinal. La J. curcas al igual que la mayoría de las plantas desarrolla

    metabolitos que utilizan como mecanismo de defensa cuando se encuentran bajo

    condiciones de estrés biótico o abiótico, para protegerse de condiciones que afectan

    su crecimiento y producción (Heller, 1996; Makkar y col., 1998; Martínez, 2006).

    Uno de estos compuestos de defensa química presentes en J. curcas, es la curcina,

    que pertenece al grupo de proteínas inactivadoras de ribosomas (RIPs), las cuales

    pueden ser inducidas bajo condiciones de sequía, temperatura o infecciones fúngicas

    entre otros factores (Huang y col., 2008). La curcina, RIPs tipo I, es una proteína de

    interés por su actividad antiviral y antifúngica, pero sobre todo por su actividad

    enzimática de N-glicosidasa, la cual inhibe la síntesis de proteínas, evitando de esta

    forma la producción de células neoplásicas (Lin y col., 2003).

    La actividad antitumoral de la curcina, podría ser aprovechada para la construcción

    de inmunotoxinas, las cuales son sustancias tóxicas que ligadas a un anticuerpo se

    unen a las células cancerosas y las destruye, por lo que son ampliamente aplicadas

    en tratamientos contra el cáncer gástrico, hepatoma humano y carcinomas, entre

    otros. Las ventajas que presenta la curcina sobre otras RIPs utilizadas en

    quimioterapias, como es el caso de la ricina, lufina, saporina y tricosatina, es que ha

    demostrado tener mayor eficiencia antitumoral en comparación con las RIPs

    mencionadas anteriormente, ya que inhiben la síntesis de proteínas de células

    neoplásicas a concentraciones de 0.19 nmol·L-1, mientras que la saporina y

    tricosantina son eficientes a concentraciones de 0.5 nmol·L-1y 0.32 nmol·L-1

    respectivamente; además de que su citotoxicidad sobre células normales solamente

    se presenta a muy altas concentraciones, no causando efecto mayor en células no

    dañadas (Park y col., 2004, Huang y col., 2008).

    Puesto que sólo en México se han encontrado variedades no tóxicas de J. curcas y

    que son escasos los estudios realizados sobre cultivos in vitro de esta especie, una

    alternativa para su propagación es la utilización de técnicas de cultivo de células y

    tejidos vegetales (CCTV) que presentan las ventajas de obtener plantas con las

    mismas características de la planta madre, y disminuir enfermedades en la especie

  • 2

    mediante el control de factores físicos como intensidad de luz, temperatura,

    fotoperíodo, humedad, cantidad de nutrientes, todo esto bajo condiciones estériles

    que hacen más factible la manipulación de la especie. Asimismo la producción y/o

    inhibición de metabolitos es otra ventaja del CCTV. Debido a que las investigaciones

    reportadas sobre la presencia de curcina han sido en material tóxico y ex vitro

    (semillas, hoja y tallo) de J. curcas, este trabajo plantea el establecimiento de cultivos

    in vitro del genotipo no tóxico a partir de explantes de segmentos nodales, hoja y

    peciolo, en medio semisólido, para determinar si en los cultivos obtenidos, están

    presentes proteínas con pesos moleculares de 28-32 kDa las cuales podrían

    corresponder a curcina (Lin y col., 2010). La presencia de proteínas con pesos

    moleculares de interés, serían la pauta para la producción a futuro de curcina en

    material in vitro y en consecuencia, el aprovechamiento de su actividad antitumoral

    para la construcción de inmunotoxinas.

  • 3

    2. REVISIÓN DE LA LITERATURA

    2.1. Planta en estudio, Jatropha curcas L.

    El género Jatropha pertenece a la tribu Joannesieae de las Crotonoideae en la

    familia de las Euphorbiaceae, una de las más grandes y diversas de México. La

    palabra Jatropha se deriva del griego “iátros” que significa doctor y “trophe” que

    significa alimento, siendo Linnaeus quien dió el primer nombre a la J. curcas,

    concordando con la nomenclatura binomial de “especie-planta”.

    La J. curcas tiene diversos usos medicinales y alimentarios, se considera nativa de

    México y países de América Central, muestra un crecimiento rápido en regiones

    tropicales así como en áreas pedregosas, poco fértiles y con bajo contenido de

    nutrientes, con temperaturas entre 18 º y 34 ºC. Es una planta suculenta que emite

    sus hojas en estación seca, por lo que está más adaptada suelos áridos y

    semiáridos, y debido a su capacidad de adaptación hoy en día es cultivada en

    diversas partes del mundo (Heller, 1996; Makkar y Becker, 1999).

    Su periodo productivo es de 40 años o más; el rendimiento de las semillas depende

    de las condiciones climáticas y del suelo, éste va de 0.5 a 10 Ton·ha-1·año-1, las

    cuales se obtienen desde los primeros nueve a 10 meses de haberlas cultivado

    (Becker y Makkar, 2008).

    Sólo en México se han encontrado tanto genotipos tóxicos como no tóxicos; se

    localizan, en forma silvestre, en los estados de Sonora, Sinaloa, Oaxaca, Quintana

    Roo, Yucatán, Tamaulipas, Puebla, Veracruz y Morelos, Chiapas, Durango, Estado

    de México, Guerrero, Hidalgo, Jalisco, Michoacán, Nayarit, San Luis Potosí, Sinaloa,

    Tabasco, Zacatecas. Comúnmente es llamada piñón mexicano, piñoncillo sikilté,

    pomolchéche, ni-in, quahayohuachtli y kakal-che entre otros (Makkar y col., 1998;

    Martínez-Herrera, 2006).

  • 4

    2.2. Clasificación taxonómica y botánica

    La Jatropha curcas L., en una Euforbiaceae, que tiene como uno de los centros de

    origen México, otros sinónimos para esta planta son Curcas purgans, Ricinos

    americanus, Castiglionia lobata, Jatropha edulis, Jatropha acerifolia, Ricinos jarak,

    Curcas adansoni, Curcas indica, Jatropha yucatanensis y Curcas curcas (L) (Cuadro

    1).

    Cuadro 1. Descripción taxonómica de la planta Jatropha curcas L.

    Reino

    Subreino

    Plantae

    Tracheobionta

    División Magnoliophyta

    Clase Magnoliopsida

    Subclase Rosidae

    Orden Euphorbiales

    Familia Euphorbiaceae

    Género Jatropha

    Especie Jatropha curcas

    Nombre científico Jatropha curcas L.

    Fuente Heller (1996)

    La J. curcas es una planta arbórea con corteza escamosa, mide entre 3-8 metros de

    altura y 14 -18 cm de diámetro (tronco). Las ramas contienen látex blanquecino con

    sabor, miden de 3-5 cm de diámetro y son de color verde claro-grisáceo. Las hojas

    son alternas con tres lóbulos cortos y peciolados, miden 6 cm de longitud y 15 cm de

    ancho.

    Es una planta monógama con flores unisexuales de color amarillas o amarillo –

    verdosas, donde se lleva a cabo el proceso de polinización durante la noche, debido

    a que durante ésta, la planta produce un olor dulce (Heller, 1996; Judd y col., 2008).

  • 5

    El fruto es una cápsula de 4-5 cm de longitud y 3-4 cm de ancho; en su interior

    contiene de tres a cuatro semillas, las cuales son blancas y presentan testa oscura

    de forma elipsoidal, de 2 cm de largo aproximadamente y 0.75 de ancho, su peso

    constituye un 65% de la masa total de la semilla. (Heller, 1996; Makkar y Becker,

    1999; Sujatha y col., 2005).

    2.3. Proteínas inactivadoras de ribosomas (RIPs)

    Las plantas están constantemente expuestas a condiciones de estrés biótico y/o

    abiótico, lo cual causa alteraciones en su desarrollo y crecimiento.

    Como respuesta a estas condiciones sintetizan y acumulan compuestos que tienen

    un papel importante en su mecanismo de adaptación fisiológica, entre estos

    metabolitos se encuentran las proteínas inactivadoras de ribosomas, mejor

    conocidas como RIPs, las cuales forman parte de un mecanismo de defensa química

    de las plantas, al inactivar los ribosomas y de esta forma inhibir la síntesis de

    proteínas (Nielsen y Boston, 2001).

    Las RIPs pertenecen a un grupo de enzimas citotóxicas, N-glicosidasas que se

    caracterizan por que actúan sobre un sustrato específico, como son los nucleótidos

    para romper los enlaces N-C (Park y col., 2004).

    La activación del mecanismo enzimático de las RIPs puede ser inducido por la

    presencia de ácido jasmónico o ácido abscísico producidos por diferentes factores o

    condiciones de estrés a los que se expone la planta como heridas, condiciones de

    sequía, altas y bajas temperatura, concentración elevada de sales en el suelo o por

    el ataque de virus, hongos u otros patógenos (Nielsen y Boston, 2001; Wei y col.,

    2005).

    Se deduce que se localizan extracelularmente, por lo que se ha propuesto que son

    enzimas atrapadas en la matriz de la pared celular y que entran al citoplasma por

  • 6

    mecanismos de transporte transmembranal, junto con el agente patógeno que pueda

    causar la infección (Park y col., 2002; Wei y col., 2005).

    Algunas RIPs poseen un dominio proteico que les permite atravesar las membranas

    celulares al reconocer y unirse a receptores de membranas plasmáticas y de esta

    forma entrar al citosol donde inhiben la síntesis de proteínas (Girbes, 2000).

    2.3.1. Clasificación y mecanismo de acción de las proteínas inactivadoras de

    ribosomas

    Las RIPs se dividen en tres tipos (Figura 1), según su estructura y genes

    correspondientes:

    RIPs tipo I: presentan una sola cadena polipeptídica con actividad enzimática

    y pueden inhibir la síntesis de proteínas en células libres; tienen un peso

    molecular entre 24-30 kDa, además de la estructura común, se han

    identificado proteínas que se construyen de dos cadenas polipetídicas unidas

    por interacciones no covalentes, algunas RIPs tipo I pueden o no unirse a

    carbohidratos.

    RIPs tipo II: constan de una cadena con actividad catalítica (cadena A) ligada

    a una lectina específica (cadena B) que puede estar unida a un azúcar (D-

    galactosa) o a la superficie de otra célula, muchas RIPs de este tipo pueden

    ser proteínas heterodiméricas altamente tóxicas. Generalmente las cadenas A

    y B que las componen están unidas por puentes disulfuro. Este tipo de

    proteínas poseen un dominio proteico que les permite atravesar las

    membranas celulares al reconocer y unirse a receptores de membranas

    plasmáticas, y de esta forma entran al citosol, donde inhiben la síntesis de

    proteínas (Girbes, 2000).

    RIPs tipo III: se tienen pocos estudios, se sabe que difiere de la tipo I y II en

    su lectina y actividad enzimática, en este grupo se clasifican aquellas

  • 7

    proteínas que están relacionadas estructural y evolutivamente con proteínas

    60-kDa inductoras de jasmonatos, conocidas como (JIP60).

    En cuanto a la actividad de las RIPs tipo II y III, sólo se tiene conocimiento de su

    actividad antitumoral, a diferencia de las RIPs tipo I que presentan también

    actividad antifúngica y antiviral (Lin y col., 2003; Park y col., 2004; Xu y Liu, 2004;

    Luo y col., 2007).

    Adaptado de Xu y Liu (2004).

    Figura 1. Clasificación de las RIPs según su estructura.

    Diferentes RIPs han sido aisladas en 50 especies de plantas, pertenecientes a 17

    familias, entre ellas Cucurbitaceae, Euphorbiaceae, Poaceae, y Cariophyllaceae

    (Sharma y col., 2004). Estudios en Jatropha curcas y otras especies como Croton

    tiglium, Gelonium multiflorum, Manihot palmate y Manihot utulissima, pertenecientes

    a la familia de las Euphorbiaceaes, han demostrado la presencia de RIPs tipo I

    (Heller, 1996; Lin y col., 2003). El papel de defensa podría ser la razón por la que las

    RIPs se sinteticen y acumulen en diferentes partes de las plantas como semillas,

    raíz, bulbos, hojas, tallo y flores (Bolognesi y col., 2002; Corrado y col., 2008). Para

    obtener mayor información acerca del comportamiento enzimático de las RIPs, se

  • 8

    han realizado diversos estudios en Arabidopsis thaliana y en plantas transgénicas de

    tabaco (Nicotiana tabacum), en las que se ha demostrado la actividad antifúngica,

    antibacteriana y antitumoral de dichas proteínas en células procariotas como

    eucariotas. La actividad antitumoral de algunas RIPs ha sido evaluada sobre células

    hepáticas, gástricas y carcinomas entre otras (Park y col., 2004; Sharma y col., 2004;

    Huang y col., 2008).

    Las RIPs con actividad anticancerígena o actividad N-glicosidasa también son

    denominadas ARNr N-glicosidasas (Sharma y col., 2004). Por la actividad de N-

    glicosi-dasa se rompe enzimáticamente el enlace N-glicosídico de una adenosina del

    ARN interrumpiendo la traducción de proteínas (Benito y col., 1995; Luo y col., 2007).

    Actúan en la etapa de elongación de las cadenas polipeptìdicas interrumpiendo los

    factores de elongación I y II de los ribosomas, deteniendo así la síntesis de proteínas

    en el paso de la traslocación. Pita y col. (2004), establecieron que los aminoácidos

    responsables de la actividad N-glicosidasa en la ricina, RIP aislada de Ricinus

    communis, son el ácido glutámico en la posición 177 (Glu177) y la arginina en la

    posición 180 (Arg180). Por su parte Monzingo y Robertus (1992) propusieron un

    mecanismo de acción molecular en el que la ruptura del enlace entre el nitrógeno N-9

    de la adenina y el carbono C-1´ de la ribosa del RNAr se vería facilitada gracias a la

    protonación del nitrógeno N-3 por el resto Arg18. Además de la ricina (Ricinus

    comunis), el mecanismo de acción de las RIPs, ha sido estudiado en otras proteínas

    de este tipo como la ME (Mirabilis expansa) y Cinnamomin (Cinnamomum

    camphora), en los que se ha demostrado que la N-glicosidasa, específicamente

    rompe el enlace glicosídico N-C de una adenosina de una posición específica del

    dominio universal conservado sarcina/ricina (dominio S/R): A4324, mientras que la

    sarcina hidroliza el enlace fosfodiéster entre la guanosina 4325 y la adenosina 4326,

    evitando así la síntesis de proteínas en células dañadas, los estudios mencionados

    se han llevado a cabo en ribosomas de ratas (Figura 2) (Xu y Liu, 2004; Huang y col.,

    2008).

  • 9

    Figura 2. Sitio de ruptura de las RIPs en el dominio S/R universal conservado.

    2.4. Importancia farmacéutica de la curcina y otras RIPs de obtenidas de

    diversas plantas

    Las actividades antifúngica, antiviral y antitumoral que presentan las RIPs, les

    confieren un potencial en la industria farmacéutica. En cuanto a su actividad antiviral,

    es bien conocida desde 1925 por estudios realizados por Duggar y Armostrong en

    Mirabilis jalapa citado por Huang y col. (2008). Entre las RIPs que han demostrado

    promover la destrucción viral, pueden mencionarse la agrostina, gelonina,

    momordina, saporina (Saponaria officinalis), al igual que otras RIPs encontradas en

    experimentos realizados en plantas transgénicas como la PAP (aislada de la

    Phytolacca americana y Phytolacca insularis) y una RIP proveniente de la Dianthus

    cariophyllus, denominada diantina. RIPs importantes por su actividad antifúngica y

    antibacterial han sido aisladas en Mirabilis jalapa L. y Mirabilis expansa (MAP),

    Hipsina (Hypsizigus marmoreus), Liofilina (Lyophillum shimeji).

    Se ha demostrado que la compartamentalización de las RIPs ocurre en la pared

    celular y que posteriormente a la infección por patógenos ya sea a nivel citosólico o

    en alguna región extracelular, éstas se dirigen al sitio de ataque para evitar el

    crecimiento del microorganismo (Park y col., 2004).

  • 10

    La ricina (Ricinus communis), tricosantina (Trichosanthes kirilowii) y la curcina

    (Jatropha curcas) presentan además de la actividad antifúngica y antiviral, actividad

    anticancerígena (Park y col., 2002; Vepachedu y col., 2003; Sikriwal y col., 2008);

    otra RIP encontrada con importancia farmacéutica ha sido la lufina aislada de la

    Luffin cylindrica, la cual también posee actividad glicosídica o anticancerígena

    (Bolognesi y col., 2002).

    En semillas maduras de J. curcas ha sido aislada y clonada la RIP tipo I conocida

    como curcina, la cual ha reportado pesos moleculares entre 28.1-32 kDa y pI de

    8.54. Han sido pocos los estudios realizados sobre la expresión del gen de la curcina

    en hojas, tallo y raíz de J. curcas; sin embargo, se ha demostrado que también en

    estas partes de la planta se encuentra presente, no obstante la mayor concentración

    de proteína cruda (117.35 mg·100g-1) ha sido encontrada en semillas donde se ha

    estudiado que una concentración de 0.19 nmol·L-1 provoca actividad inhibitoria de la

    traducción celular (Qin y col., 2009; Lin y col., 2010).

    La curcina es considerada una toxolbúmina con actividad N-glicosidasa; por lo que

    la curcina puede inhibir la síntesis de proteínas en células cancerígenas (Lin y col.,

    2003), y por lo tanto, podría ser utilizada para el desarrollo de inmunotoxinas, que

    son sustancias tóxicas ligadas a un anticuerpo que se une a las células cancerosas y

    las destruye eliminando células dañinas, neoplásicas, inmunocompetentes y células

    parasíticas; estas características puede convertirlos en posibles agentes terapéuticos

    importantes para su aplicación en el tratamiento de diversos tipos de cáncer y

    enfermedades autoinmunes (Lin y col., 2003; Corrado y col., 2008).

    Actualmente las RIPs con actividad antitumoral más utilizadas en tratamientos contra

    el cáncer son la ricina y la tricosantina, seguidas por la saporina, luffun A, luffina B,

    nigrina y ebulitina (α, β, γ), las cuales presentan dicha actividad a concentraciones

    entre 0.32-4.0 nmol·L-1, sin embargo la importancia del estudio de la curcina se basa

    en experimentos realizados por Lin y col. (2003), en los que demostraron que la

    actividad de esta RIP para inhibir la síntesis de proteínas en células cancerígenas

  • 11

    podría ser más eficiente, pues presentó actividad antitumoral a bajas

    concentraciónes (0.19 nmol·L-1) en comparación con la ricina, luffina B y la

    tricosantina ante una concentración media inhibitoria máxima (IC50) en diferentes

    tipos de células malignas (cáncer gástrico, línea celular de mieloma de ratón,

    hepatoma humano y líneas celulares de carcinoma).

    Además la curcina presenta otra ventaja sobre las RIPs mencionadas anteriormente,

    pues solo tiene efecto adverso o citotóxico sobre células sanas cuando se presentan

    en altas concentraciones, a diferencia de la ricina, luffina B y tricosantina que son

    altamente tóxicas también para células intactas, aun en bajas concentraciones

    (Benito y col, 1995; Lin y col., 2003).

    Estudios realizados por Wei y col. (2005), han demostrado que en semillas tiernas de

    J. curcas expuestas a estrés por sequía, cambios de temperatura e infecciones

    fúngicas se expresa un precursor de la curcina denominado curcina 2 el cual es

    específico para semillas tiernas en crecimiento bajo las condiciones mencionadas. La

    curcina 2 tiene muchas similitudes con la curcina, ya que la curcina 2 contiene

    residuos con segmentos de 42 aminoácidos en N-terminal para el péptido base de

    señalización, el cual es similar al péptido de señalización de la curcina en un 98%.

    Los nucleótidos de la curcina 2 son idénticos en un 83% a los nucleótidos de la

    curcina. La curcina 2 tiene un peso molecular de 30.1 kDa el cual es cercano al peso

    molecular de la curcina que se expresa en una banda de 32 kDa. Se ha comprobado

    que la curcina 2 también posee actividad antiviral, antifúngica y antitumoral, y se

    supone que al igual que la curcina y otras RIPs tiene un rol de defensa ante cualquier

    tipo de estrés (Wei y col., 2005).

    2.5. Cultivos de células y tejidos vegetales

    En los últimos años, se ha puesto especial interés en el establecimiento in vitro de

    diversas plantas para la producción de compuestos de interés o la obtención de

    cultivos más resistentes a los diferentes factores del medio ambiente, éste es el caso

    de la J. curcas, que actualmente es una especie de particular atención, debido al

  • 12

    potencial industrial que representa. Sin embargo, son escasas y recientes las

    investigaciones sobre el cultivo de células vegetales aplicada a esta planta (Banerjee

    y Shrivastava, 2008), de la cual puede aislarse la curcina, proteína con aplicación

    farmacéutica.

    Hasta el momento los estudios en los que se ha aislado y purificado la curcina han

    sido in vivo y en genotipos tóxicos, por lo que no hay datos de obtención de dicha

    proteína in vitro, sin embargo, el uso de la biotecnología vegetal y de sus técnicas de

    CCTV presentan la ventaja de poder optimizar las condiciones ambientales, en lo

    que se refiere a factores físicos, nutricionales y hormonales, para la obtención y

    aislamiento del metabolito de interés y a la vez propagar ejemplares no tóxicos de J.

    curcas que sólo están presentes en el país.

    El CCTV involucra diferentes técnicas de cultivo de material vegetal como

    protoplastos, células, tejidos, órganos y plantas completas. Mediante éstas técnicas

    de cultivo, es posible obtener plantas libres de microbios en un medio nutritivo y

    aséptico (estéril) en condiciones ambientales controladas, gracias a la totipotencia,

    que es la capacidad de generar un individuo completamente idéntico a la célula

    madre el cual tiene la misma información genética y la misma función (Kieran y col.,

    1997; Rodríguez, 2007). El CCTV además ha sido utilizado de manera ventajosa

    para obtener un mayor conocimiento sobre la fisiología, bioquímica y genética

    vegetal. Permite la manipulación de variables físicas y químicas, es independiente de

    factores ambientales, es posible identificar y producir metabolitos de uso industrial

    con mayor calidad, rendimiento y en menor tiempo, así como conocer la ruta de

    síntesis bioquímicas (Pérez-Molphe y col., 1999; Gómez, 2005; Rosas, 2007).

    El CCTV consiste llevar el material vegetal in vivo a un medio de cultivo estéril

    estableciendo las condiciones óptimas bajo las cuales se va a desarrollar el tejido o

    metabolito de interés, por lo que se deben tomar en cuenta factores físicos como

    intensidad de luz, temperatura, fotoperíodo, humedad y nutrientes entre otros (Dixon,

    1991; Rodríguez de la O, 2007).

  • 13

    2.5.1. Reguladores de crecimiento vegetal

    Es importante recalcar el uso de reguladores de crecimiento vegetal (RCV), que son

    sustancias orgánicas que a bajas concentraciones influyen en los procesos

    fisiológicos de las plantas, regulando el crecimiento, desarrollo o metabolismo de la

    planta, células o tejidos vegetales (Dixon, 1991; Frankenberg y Arshad, 1995). Entre

    los reguladores de crecimiento vegetal (Cuadro 2) se pueden mencionar los

    siguientes:

    Auxinas: son compuestos derivados del triptófano, junto con las citocininas

    promueven la inducción y establecimiento de callo. Otras de sus funciones son

    aumentar el crecimiento de los tallos, promover la división celular en el

    cambium vascular y la diferenciación del xilema secundario, estimular la

    formación de raíces adventicias, inhibir la elongación de raíces y estimular el

    desarrollo de frutos y la floración en algunas especies.

    Citocininas: son compuestos derivados de la adenina y junto con las auxinas

    promueven la división celular y crecimiento.

    Giberelinas: el ácido giberélico participa en el rompimiento de la dormancia de

    semillas y brotes, estimula la elongación de hojas, incrementa el crecimiento

    de tallos y promueve el desarrollo de los frutos.

    Ácido abscísico: es antagónico de las auxinas, citocininas y giberelinas,

    puesto que inhibe el crecimiento y división celular; induce tolerancia al estrés

    hídrico, y el cierre de estomas.

    Otros RCV menos utilizados son el etileno, los brasinoesteroides, el ácido jasmónico,

    ácido salicílico, y ácido nítrico (Dixon, 1991; García, 2007).

  • 14

    Cuadro 2. Clasificación y abreviaturas de los RCV

    Grupo de los RCV Compuesto Abreviaturas

    Auxinas

    Ácido 3-indolbutírico AIB

    Ácido α-naftalenacetico ANA

    Ácido 3-indolacético AIA

    Ácido 2,4-diclofenoxiacético 2,4-D

    Citocininas

    6-bencilaminopurina BAP

    Cinetina 6-KT

    Zeatina Z

    Giberelinas Ácido giberélico AG3

    Ácido abscísico Ácido abscísico ABA

    2.5.2. Obtención de brotes y callos

    Mediante el CCTV es posible obtener brotes y callo a partir de explantes. El callo es

    una desdiferenciación celular acompañada de crecimiento tumoral, que da lugar a

    una masa de células (callo), la cual bajo las condiciones adecuadas de luz,

    temperatura y nutrientes es capaz de generar órganos o embriones somáticos. El

    cultivo de callos puede derivarse de una variedad de órganos de la planta (raíz, tallo,

    hoja), usados como explantes y colocados en un medio sólido o semisólido;

    generalmente se utiliza el medio MS (Murashige and Skoog, 1962), (Dixon, 1991). La

    biotecnología vegetal permite además monitorear el aumento de masa celular

    mediante curvas de crecimiento, así como obtener una mayor cantidad y calidad del

    compuesto que se desea, siempre y cuando se establezcan las condiciones

    adecuadas.

    Banerjee y Shrivastava (2008) realizaron cultivos in vitro de J. curcas en los que se

    obtuvieron multiples brotes, a partir de explantes nodales para la propagación de

    esta especie, utilizando como reguladores de crecimiento diferentes combinaciones

    de BAP/AIB/ANA.

  • 15

    Otros trabajos son los de Wei y col. (2004), en el que reportaron la producción de

    brotes a partir de epicotilos, a los 15 días en medio MS, y teniendo como reguladores

    IBA 0.5-1.5 mg·L-1 en combinación con BAP 0.1-1.0 mg·L-1. En este mismo trabajo se

    reportó la regeneración de raíces, así como la obtención de callos con la

    combinación AIB 1.0 mg·L-1 y BAP 0.5 mg·L-1.

    Estudios de cultivo in vitro de J. curcas demuestran que las condiciones de cultivo, el

    tipo de explante y los resultados obtenidos para la obtención de órganos o células

    desdiferenciadas pueden variar, en la misma especie si son de diferente

    procedencia. Tal es el caso de López-Hernández y col. (2008) quienes trabajaron

    con J. curcas de diferente procedencia (africana y cubana) utilizando tres explantes

    diferentes (hoja, pecíolo e inflorescencias). Los RCV utilizados fueron BAP y 2,4-D

    por separado en ambas muestras a distintas concentraciones en el genotipo cubano

    se obtuvo un 100% de callos a partir de pecíolo a las concentraciones de BAP 0.5 y

    1.5 mg·L-1 y 50% de callos provenientes de explantes de hoja a los 30 días de cultivo.

    En cuanto al genotipo africano presentó el mayor rendimiento de callos a partir de

    explanes de hoja a concentraciones de 2,4-D 0.5, 1 y 2 mg·L-1, igualmente a los 30

    días de cultivo.

    2.6. Métodos de análisis de las proteínas inactivadoras de ribosomas

    Existen diferentes métodos para extraer, identificar, cuantificar, purificar y medir la

    actividad de las RIPs. Los métodos más utilizados para su extracción, han sido la

    congelación con nitrógeno líquido y posteriormente la extracción con búfer salino de

    fosfatos (PBS) a pH entre 7-7.5.

    En cuanto a la separación e identificación de las proteínas inactivadoras de

    ribosomas se han utilizado técnicas de electroforesis desnaturalizante, conocida

    como SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate – polyacrylamide gel electrophoresis), el

    cual es un método que permite la comparación y caracterización de proteínas y que

    se basa principalmente en la separación por pesos moleculares.

  • 16

    Otras técnicas de identificación y cuantificación de RIPs, es el análisis de Western

    blot y por cromatografía líquida acoplada a espectro de masas LC/MS (Vivanco y

    col., 1999; Park y col., 2002).

    Actualmente se conocen varios métodos para determinar la actividad de las RIPs,

    entre los más conocidos se puede mencionar la fijación de células dañinas al retículo

    de ribosomas del conejo; determinación cuantitativa por HPLC del reactivo de

    cloroacetaldehído material liberado por las RIPs; medición directa de H-adenina

    liberado por las RIPs y análisis por electroforesis (SDS-PAGE) de algunas bases de

    28S ARN (Luo y col., 2007).

    2.6.1. Métodos de separación y purificación de las proteínas

    inactivadoras de ribosomas

    En cuanto a la separación y purificación de proteínas los métodos más utilizados han

    sido cromatografía en columna (Schroeder, 1968), la cual consiste en el

    fraccionamiento por el paso de las proteínas a través de una fase sólida y porosa, y

    arrastre por una fase móvil líquida, y sus diversas variantes como:

    Cromatografía de intercambio iónico: en la cual la fase sólida posee carga, por

    lo que la asociación entre las proteínas y la fase sólida depende del pH y la

    fuerza iónica de la solución de arrastre (fase móvil).

    Filtración en gel o cromatografía de exclusión por tamaño: separa la proteína

    de acuerdo al tamaño de las moléculas, reteniendo las partículas pequeñas. El

    método se basa en que las proteínas de mayor tamaño pasan con mayor

    rapidez por la fase estacionaria (compuesta por un polímero con poros

    uniformes y de tamaño determinado) mientras que las moléculas de menor

    tamaño son retenidas a través de dichos poros. Este método de separación es

    utilizado en la purificación de RIPs (Schroeder, 1968; Lin y col., 2010).

  • 17

    Cromatografía de afinidad: las proteínas se separan por su capacidad de

    unirse aun ligando. Las proteína de interés se une específicamente a un

    ligando que previamente se ha unido a la matriz, eluyéndose el resto de las

    proteínas a través de la columna. Finalmente la proteína de interés se libera

    utilizando un ligando o compuesto capaz de romper la interacción ligando-

    proteína.

    Cromatografía hidrofóbica: se trata de un método similar al de intercambio

    iónico, con la única diferencia de que la fase estacionaria es apolar

    (hidrofóbica), es decir, la proteína se pega al soporte por aminoácidos

    apolares, cuanto más residuos de este tipo tenga en su superficie, más apolar

    será, más se retendrá en la columna y se eluirá más tarde. En este caso a

    elución se realiza aumentando la apolaridad de fase móvil.

    2.6.2. Cuantificación de las proteínas inactivadoras de ribosomas

    Respecto a la cuantificación de RIPs, se ha reportado el uso de cromatografía líquida

    de alta resolución, HPLC, en Mirabilis jalapa (Bolognesi y col., 2002; Vepachedu y

    col., 2003). Sin embargo, los métodos colorimétricos son ampliamente utilizados en

    la cuantificación de proteínas, entre los que pueden mencionarse los siguientes

    (Bollag y Edelstein, 1991).

    Ensayo de Bradford: se basa en el acoplamiento del colorante con la proteína

    y se determina colorimétricamente, existe una relación directa entre el

    desarrollo del color y la concentración de proteínas, es más factible, rápido,

    sensible , ya que es poca la cantidad de proteína que se sacrifica en el

    ensayo, pues aplica para soluciones que contienen entre 25-200 µg·ml-1,

    además es económico y eficiente, y ha sido utilizado en la cuantificación de

    diversas RIPs como ME (Mirabilis expansa), TRIP (Nicotiana tabacum) y

    Cinnamomin (Cinnamomum camphora) (Park y col., 2002; Vepachedu y col.,

    2003; Sharma y col., 2004).

  • 18

    Ensayo de Lowry: se fundamenta en la asociación de dos reacciones

    complementarias que son las de Biuret y Folin-Ciocalteu. Su rango de

    sensibilidad es de 5-100 µg·ml-1, sin embargo presenta la desventaja de que

    es inestable en presencia de ciertos reactivos, además a la interferencia de

    otras sustancias que podrían estar presentes en las muestras.

    Método del ácido bicinconínico (BCA): el cual se basa en la formación de un

    complejo Cu+2-proteína bajo condiciones alcalinas, seguido de la reducción del

    Cu+2 a Cu+1. No hay reportes del uso de este método en RIPs, sin embargo es

    utilizado en la cuantificación de proteínas debido a que presenta las ventajas

    de obtener un producto estable, hay menor interferencia de sustancias

    comparado con el método de Lowry y es más sensible pues cuantifica entre

    10-200 µg·ml-1, hasta microensayos que cuantifican de 0.5-10 µg·ml-1.

  • 19

    3. JUSTIFICACIÓN

    La J. curcas, es una Euphorbiaceae con importancia industrial y medicinal, por lo que

    su cultivo se ha extendido a diferentes partes del mundo; sin embargo, sólo en

    México se han encontrado genotipos no tóxicos de esta planta (Makkar y col., 1998)

    y debido a que son escasos los estudios realizados sobre cultivos in vitro de esta

    especie, una alternativa para la propagación de plantaciones de J. curcas no tóxicas

    así como la obtención de curcina es la utilización de las técnicas de CCTV que hacen

    posible la obtención de plantas con las mismas características de la planta madre

    bajo condiciones asépticas y controlando factores como intensidad de luz,

    temperatura, fotoperíodo, humedad, cantidad de nutrientes que hacen más factible la

    manipulación de la especie (Soomro y Memon, 2007).

    Además la J. curcas al igual que muchas plantas desarrollan metabolitos que utilizan

    como mecanismo de defensa contra factores bióticos y abióticos del medio ambiente,

    tal es el caso de la curcina, RIP de interés por su actividad antitumoral, que puede

    ser aplicada en tratamientos contra el cáncer, utilizándola en la construcción de

    inmunotoxinas (Park y col., 2002; Luo y col., 2007; Huang y col., 2008). Esta proteína

    ha sido aislada en material ex vitro como son hoja, tallo y semillas maduras (Lin y

    col., 2010), sin embargo no hay reportes de su aislamiento en células

    desdiferenciadas y plantas in vitro, por lo que la biotecnología vegetal podrías ser

    una alternativa para la obtención de curcina en material no tóxico de J. curcas.

  • 20

    4. OBJETIVOS

    4.1. Objetivo general Establecer las condiciones de cultivo in vitro de Jatropha curcas L. para promover la

    brotación e inducción a callo y determinar si en dichos cultivos se encuentra la

    proteína curcina.

    4.2. Objetivos particulares

    1. Establecer cultivos in vitro en medio semisólido de Jatropha curcas L. e

    inducir la brotación y la formación de callo.

    2. Realizar cinéticas de crecimiento en callo de Jatropha curcas L. con el

    tratamiento seleccionado.

    3. Identificar la presencia de curcina en el material in vitro.

  • 21

    5. MATERIALES Y MÉTODOS

    5.1. Obtención de material biológico

    Para la producción de brotes e inducción de callo (Figura 3) se utilizaron explantes

    (hoja, nodal y peciolo) de J. curcas, provenientes de plantas en maceta, mantenidas

    en condiciones de invernadero bajo cubierta en el Centro de Desarrollo de Productos

    Bióticos – IPN, ubicado en Yautepec de Zaragoza, Morelos.

    Previamente a la utilización de los explantes, las plantas de J. curcas, se sometieron

    a un tratamiento fitosanitario (Anexo 1) siendo fumigadas cada 7 días por la mañana,

    como tratamiento preventivo, ya que durante los meses de Agosto-Noviembre los

    cambios drásticos de humedad y temperatura ocasionan ambientes propicios para la

    producción de algunos organismos entre ellos los hongos.

    Para aumentar el follaje en las plantas, se aplicó una solución de Agromil PLUS® (1

    ml·L-1) cada 7 días, como biorregulador complejo de desarrollo vegetal, compuesto

    por diferentes fitohormonas y vitaminas (Anexo 2).

    La aplicación de la mezcla de fungicidas así como la solución del regulador para

    desarrollo vegetal se realizó por las mañanas (10:00 am) ya que es menor la

    intensidad luminosa que llega a las plantas y por lo tanto sus estomas están abiertos

    favoreciendo una mejor absorción de los componentes.

  • 22

    Figura 3. Diagrama experimental para el establecimiento de cultivo in vitro de J.

    curcas.

    5.2. Desinfestación de explantes

    Se utilizaron explantes de tallo con un solo nudo (1.5 cm), segmentos de hoja (área

    1.0 cm2) y peciolo (1 cm), cortadas de plantas conservadas en el invernadero, fueron

    trasladados al laboratorio en una charola con agua para evitar su deshidratación. Los

    explantes se lavaron con solución jabonosa al 1% y agua de la llave para romper la

    tensión superficial, posteriormente se llevó a cabo un segundo lavado con solución

  • 23

    tween 20 (Bio-Rad) al 1% durante 5 min con agitación constante, realizando

    después lavados con agua destilada para remover la capa de grasa de los tejidos

    vegetales y permitir una mejor penetración de la solución desinfectante.

    Los explantes fueron puestos en una solución de hipoclorito de sodio (Cloralex®) al

    1% (v/v) por 25 min, agitando periódicamente para un mejor contacto de la solución

    con los explantes. Se enjuagaron con agua destilada estéril y fueron puestos en

    solución de etanol al 80% por 20 s. El manejo se realizó bajo condiciones estériles en

    una campana de flujo laminar (ALDER) (Dixon, 1991).

    5.3. Medio de cultivo

    Los explantes de tallo se sembraron en medio MS (Murashige and Skoog, 1962) al

    100%, adicionando 30 g·L-1 de sacarosa. Los RCV utilizados para inducir la

    formación a callo y brotación fue la combinación de la citocinina 6-bencilaminopurina

    (BAP) y la auxina ácido indolbutírico (AIB), puesto que citados RCV son adecuados

    para la inducción de callo y brote en Euphorbiaceas y otras familias (Dixon, 1991),

    ambas a concentraciones de (0, 0.1, 0.25, 0.5 mg·L-1), y Phytagel® (SIGMA) (2.2 g·L-

    1) como agente gelificante, los medios se ajustaron a un pH de 5.8 con NaOH y HCl

    1N y 0.1 N, según se requirió. Finalmente se esterilizó en una autoclave (AESA CV

    250) a 121°C (1.06 kg·cm-2) por 20 min.

    De las plántulas obtenidas, así como del las de invernadero se tomaron hojas (1 cm2)

    que fueron sembrados en medio MS al 50% utilizando como reguladores de

    crecimiento la combinación de AIB (0.1 mg·L-1) y BAP (0.5 mg·L-1) con TDZ (0.5 y 1

    mg·L-1), ANA y 2,4-D (0.5, 1.mg·L-1) ajustando a un pH de 5.7 (Soomro y Memon,

    2007; Misra y col., 2010)

    5.4. Inducción de brotes y callo

    Para el cultivo de brotes y callo, se utilizaron frascos de vidrio de 90 ml de capacidad

    con sellado semihermético, conteniendo 20 ml del medio de cultivo MS semisólido

    estéril para evitar la contaminación de los cultivos. Las condiciones de incubación

  • 24

    para los explantes en la cámara de cultivo (Figura 4) fueron: 25± 2°C, con un

    fotoperiodo de 16 h luz / 8 h oscuridad (4.89 klx).

    Figura 4. Explantes bajo condiciones controladas en cámara de cultivo.

    Se realizaron subcultivos de los brotes cada 15 días y de 20 días para los callos,

    incubándose en las mismas condiciones (Rodríguez, 2007). Se evaluó el número de

    brotes por explante y formación de callo. Los callos obtenidos se evaluaron tomando

    en cuenta el tamaño (ancho, cm), color (evaluación visual, callos verdes o cafés), así

    como la consistencia del mismo (friable y no friable), para lo cual se utilizó la

    siguiente simbología:

    Cuadro 3. Simbología para identificación del tamaño, consistencia y color del callo

    Tamaño del callo Símbolo No inducido NI

    Pequeño + Mediano ++ Grande +++

    Consistencia Friable F

    No friable NF

    Color Verde Café

    V C

  • 25

    5.5. Cinética de crecimiento y tamaño de los callos

    La cinética de crecimiento se realizó de acuerdo al método propuesto por Stepan-

    Sarkissian (1990), para lo cual se registró el peso fresco (PF) y el peso seco (PS) de

    los cultivos celulares cada 5 días con tres repeticiones. Para la determinación del PF,

    se colocaron los callos en papel aluminio llevado previamente a peso constante e

    inmediatamente se pesaron en una balanza analítica (OHAUS GA200D).

    Posteriormente esos mismos callos se introdujeron en una estufa a 50 ºC durante 48

    h hasta llegar a peso constante, obteniéndose así los valores de PS por unidad de

    volumen mediante la diferencia de pesos con respecto al papel aluminio. Con los

    datos obtenidos se trazaron las gráficas correspondientes a las cinéticas de

    crecimiento (PF y PS en función del tiempo) y a partir de éstas se calculó la

    velocidad específica de crecimiento y el tiempo de duplicación de las células

    mediante las siguientes ecuaciones (Rodríguez, 2007).

    Tiempo de duplicación celular (tdc)

    tdc= ln2 = 0.693 [días] m m

    Velocidad específica de crecimiento (µ) a partir de tdc

    µ= 1 [d-1] tdc

    Donde: m: pendiente de la recta en la fase exponencial

    ln2: logaritmo natural de 2

    µ: velocidad específica de crecimiento

    En cuanto al tamaño de los callos se midió el crecimiento radial (expansión) cada 5

    días por triplicado, tomando en consideración la longitud máxima (tamaño

    comprendido entre los extremos laterales del callo) de la masa celular, para lo cual

    se colocó el callo en papel milimétrico y se registró el tamaño, reportándolo en cm

    correspondientes. Con los datos obtenidos se calculó la velocidad de crecimiento

    radial cada 5 días (cm·5 días-1) (Cosgrove, 2000).

  • 26

    5.6. Obtención de extractos y de las fracciones proteicas

    De los subcultivos de brote y callo realizados con el tratamiento seleccionado (Figura

    5) se prepararon los extractos para el fraccionamiento y cuantificación de proteínas.

    Figura 5. Diagrama experimental para la obtención de extractos, fraccionamiento y

    cuantificación de proteínas de extractos de J. curcas.

  • 27

    60%Se pesó 1 g del material vegetativo in vitro subcultivado (plántula y callo), las

    muestras fueron congeladas a -15±2°C por 2 h; posteriormente se trituraron con

    mortero y se pusieron en agitación en frío a 4 °C con 4 ml de solución PBS a pH 7.2

    (NaCl 137 mM, KCl 2.7 mM, Na2HPO4 10 mM y KH2PO 2 mM) por 3 h. La mezcla

    muestra-PBS, se centrifugó (Centrífuga HERMLE Z383K) a 10,000 rpm por 25 min a

    4°C, separando el sobrenadante el cual se saturó al 60% con sulfato de amonio

    sólido (NH4)2SO4, después de 6 h, las proteínas precipitadas fueron separadas por

    centrifugado a 10,000 rpm por 20 min y se disolvieron en la menor cantidad de PBS

    (0.5 ml). La solución fue dializada en membranas (Dialysis tubing cellulose,

    membrana 33 mm x 21 mm) por 24 h a 4 ºC con agua destilada, y posteriormente

    con PBS pH 7.2 por 24 h. El precipitado se separó por centrifugación a 12000 rpm

    durante 20 min, obteniendo el sobrenadante, considerándose como el extracto de

    proteína cruda (Lin y col., 2010).

    De los extractos obtenidos se inyectó 1.5 ml en columnas BIO-RAD™ de diferentes

    dimensiones (3.0 x 100 cm, 1.0 x 50 cm y 3.0 x 30 cm), para probar en cual se

    obtenía una mejor resolución de los picos máximos, éstas fueron empacadas a 55 ºC

    con Sephadex G-100 previamente lavada e hidratada durante 24 h con PBS a pH

    7.2, misma solución que fue utilizada como fase móvil. Las fracciones proteicas se

    obtuvieron por cromatografía de exclusión por tamaño. De las fracciones obtenidas

    se realizó un barrido espectrofotométrico a 280 nm en un espectrofotómetro (UV-

    160A SHIMADZU, Japón) para trazar la gráfica correspondiente a los picos

    cromatográficos de las fracciones proteicas resultantes (Stirpe y col., 1976; Lin y col.,

    2010).

    5.7. Cuantificación de proteínas por el método del ácido bicinconínico

    De las fracciones proteicas obtenidas, así como de los extractos de proteína cruda

    (sin fraccionar) se cuantificó la concentración de proteínas totales mediante el

    método colorimétrico del BCA (Bollag y Edelstein, 1991). Para tal efecto se preparó

    una recta de calibración de estándares (Cuadro 4), con suero de albúmina de bovino

  • 28

    (BSA) disuelta en PBS (pH 7.2), a cada concentración de la recta se agregó 2 ml de

    BCA (sulfato cúprico al 4% p/v + ácido bicinconìnico, Kit SIGMA).

    Cuadro 4. Recta de estándares de BSA

    µg·ml-1 BSA

    BSA µg·ml-1

    BCA ml

    Volumen total, ml A

    0 0 2 2.1 0 200 20 2 2.1 0.252 400 40 2 2.1 0.393 600 60 2 2.1 0.630 800 80 2 2.1 0.801 1000 100 2 2.1 0.933

    Se agitó ligeramente y dejó en reposo por 2 h a 25 ºC. Finalmente se leyeron las

    absorbancias a 562 nm en un espectrofotómetro (Figuras 6 y 7). Se realizó la misma

    operación con las muestras, tomando 100 µl de cada extracto (Vepachedu y col.,

    2003; Sharma y col., 2004).

    Figura 6. Soluciones estándar de BSA para la cuantificación de proteínas

  • 29

    Figura 7. Recta de estándares de BSA.

    5.8. Identificación de pesos moleculares de las proteínas por SDS-PAGE

    Las fracciones obtenidas, así como los extractos referidos como proteína cruda

    fueron analizados por electroforesis desnaturalizante. Se probaron dos métodos para

    la concentración de proteínas:

    a) Tomando alícuotas de 0.5 ml de las fracciones proteicas y los extractos crudos

    sin fraccionar, se concentraron en una solución metanol-cloroformo-agua 2:1:1

    por 24 h, posteriormente se separaron las fases de la solución por

    centrifugación a 10,000 rpm por 10 min y el pelet obtenido fue analizado

    mediante electroforesis desnaturalizante (SDS-PAGE).

    b) Otro método fue tomando alícuotas con concentraciones de 1mg·ml-1 de

    proteína, y fueron concentradas con bomba de vacío por 1h.

    Las muestras obtenidas (alícuotas que contenían 100 µg·ml-1 proteína) en ambos

    métodos, fueron homogenizadas con regulador de carga (trizma base pH 6.8, SDS al

    10%, glicerol al 50%, β-mercaptoetanol G.R., azul de bromofenol al 0.1%) en una

    relación 1:1. Las muestras fueron desnaturalizadas a 95 °C por 5 min, y

    centrifugadas a 5000 rpm durante 5 min. Se tomaron alícuotas de 25 μl del

  • 30

    sobrenadante obtenido anteriormente y se cargaron en geles de poliacrilamida a

    concentraciones del 12%, los cuales fueron puestos en una cámara de electroforesis

    con soluciones de tris-glicina (tris 25 mM, glicina 192 mM, SDS 0.1%) a 40 mA, 100

    V por 2 h (BIO-RAD Power Pac basic™). Los geles fueron revelados con solución de

    azul de Coomassie coloidal (Biorad safe – Coomassie stain 161-0787) (Bollag y

    Edelstein, 1991).

  • 31

    6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

    6.1. Establecimiento del cultivo in vitro de J. curcas

    La formación de callo, se indujo a partir de explantes de tallo con un solo nudo

    (Figura 8a), el análisis de cada tratamiento se llevó a cabo por triplicado. En las

    observaciones realizadas en las primeras tres semanas (21 días) de incubación, los

    explantes presentaron formación de células desdiferenciadas (callo), (Figura 8b) así

    como brotes múltiples (Figura 8c), la en la mayoría de los tratamientos utilizados.

    Figura 8. a) explante de segmento nodal, b) Inducción de callo, c) multibrotación.

    6.1.1. Inducción de brotes

    En el caso de la multibrotación los tratamientos con AIB (0.1 mg·L-1) indujeron brotes

    múltiples (1-4 brotes por explante) sin presencia de callo, mientras que con los

    tratamientos AIB 0.5 mg·L-1 + BAP 0.25 mg·L-1 y AIB 0.1 mg·L-1 + BAP 0.25 mg·L-1 se

    indujeron mayor número de brotes. Los explantes de tallo con un solo nudo

    presentaron sus primeros brotes a los cinco días de cultivo. Entre los días 14-16 se

    obtuvieron entre 2-3 brotes por explante, observándose a los 21-25 días de cultivo

    plántulas de J. curcas con 7 a 9 brotes por explante (Figura 9). Publicaciones como

    las de Datta y col. (2007) reportaron la inducción de brotes a partir de nodales de J.

  • 32

    curcas a los 28-42 días de incubación, de igual forma que Banerjee y Shrivastava

    (2008) obtuvieron brotes con los mismos explantes a los 21-28 días de cultivo,

    utilizando AIB y BAP a concentraciones más altas que las utilizadas en esta

    investigación, además de otros aditivos como sulfato adenina, glutamina, L-arginina y

    ácido cítrico.

    Figura

    9. Brotación de los explantes de J. curcas a partir de tallos con un solo nudo.

    En este trabajo, no sólo se obtuvieron brotes múltiples en menor tiempo (21 días)

    que es los citados anteriormente, sino que presenta la ventaja de obtener mayor

    número de brotes (7-9 brotes) e inducción del 100% de brotes (Cuadro 5) a menor

    concentración de AIB, ya que en el caso de Banerjee y Shrivastava (2008) utilizan 2-

    3 mg·L-1 para obtener el 100% de inducción, mientras que Datta y col. (2007)

    obtuvieron 52% de inducción con MS y AIB 0.2 mg·L-1.

  • 33

    El número de brotes por explante fue evaluado mediante un análisis de varianza

    simple y por comparación de medias de Tuckey, utilizando un nivel de confianza del

    95% (Montgomery, 2004).

    Cuadro 5. Número de brotes inducidos por explante en cada tratamiento

    No.

    Tratamiento

    RCV

    mg·L-1

    No.de

    brotes

    AIB BAP

    1 0 0 1ª

    2 0 0.1 2b

    3 0 0.25 2b

    4 0 0.5 1ª

    5 0.1 0 1ª

    6 0.1 0.1 2b

    7 0.1 0.25 7c

    8 0.1 0.5 4d

    9 0.25 0 NI

    10 0.25 0.1 2b

    11 0.25 0.25 NI

    12 0.25 0.5 1ª

    13 0.5 0 1ª

    14 0.5 0.1 2b

    15 0.5 0.25 9e

    16 0.5 0.5 2b

    NI: no inducido; fueron tres repeticiones de cada tratamiento; diferentes letras en los valores del No de brotes indican diferencia significativa P

  • 34

    Es importante recalcar que en el caso de los tratamientos AIB (0.5 mg·L-1) combinado

    con BAP (0.25 y 0.5 mg·L-1) también se observó la inducción simultánea de brotes y

    callo en el mismo explante (Figura 10).

    Figura 10. Brotación múltiple y callo de J. curcas a partir del mismo explante.

    Uno de los inconvenientes en el cultivo de los brotes fue que después del tercer o

    cuarto subcultivo se presentó la contaminación por bacteria en el 25% de los

    explantes, la cual se observaba por la formación de un halo de apariencia lechoso y

    blanquecino alrededor del explante. En un principio se utilizó como antibiótico

    Cefotaxima® 500 mg aplicando sobre el medio (100 mg·L-1) en los subcultivos, el

    cual disminuyó la contaminación a un 10 % de las plantas subcultivadas.

    Según las características observadas, este problema podría tratarse de una bacteria

    endófita de J. curcas identificada por Misra y col. (2010), como Enterobacter ludwigii;

    basándose en este reporte, cuando se volvió a presentar contaminación bacterial se

    utilizó el Augmentin® (Amoxicilina 250 mg·5ml-1 + clavulanato de potasio 62.5

    mg·5ml-1) adicionando al medio concentraciones de 100 mg·L-1 como antibiótico, con

    lo cual se eliminó por completo la contaminación.

  • 35

    También se presentó contaminación por hongo en uno de los cultivos iniciales la cual

    pudo deberse a un mal manejo del material en el proceso de desinfestación, ya que

    en la resiembra de subcultivos no se presentó este problema, por lo que como

    medida preventiva en los siguientes cultivos, los explantes además de ser tratados

    por la desinfestaciòn adecuada, fueron tratados con una solución de Benomyl® del

    1% antes de ser sembradas en el medio MS.

    6.1.2. Inducción de callo

    Los callos formados fueron diferentes en cuanto a tamaño, color y consistencia

    (friable y no friable), mostrándose también diferencias significativas con una P

  • 36

    Cuadro 6. Características de los callos obtenidos en los diferentes tratamientos

    No.

    Tratamiento

    RCV

    mg·L-1

    Tamaño del callo Inducción de callo

    %

    Consistencia

    AIB BAP

    1 0 0 + 22.2a NF

    2 0 0.1 ++ 55.5b F

    3 0 0.25 + 44.4c NF

    4 0 0.5 + 88.8d NF

    5 0.1 0 + 22.2a NF

    6 0.1 0.1 + 66.6e NF

    7 0.1 0.25 + 66.6e NF

    8 0.1 0.5 + 55.5b F

    9 0.25 0 NI 0 ---

    10 0.25 0.1 + 88.8d F

    11 0.25 0.25 NI 0 ---

    12 0.25 0.5 + 66.6e NF

    13 0.5 0 + 44.4c F

    14 0.5 0.1 ++ 66.6e F

    15 0.5 0.25 +++ 100f F

    16 0.5 0.5 +++ 100f F

    NI: no inducido; tamaño de callo: (+) pequeño, (++) mediano, (+++) grande; %, Porcentaje de explantes que formaron callo de las tres repeticiones de cada tratamiento; F: friable, NF: no friable; diferente letra en los % de callo indican diferencia significativa P

  • 37

    Con esta prueba se observa que las condiciones de diferenciación celular y su

    respuesta a los factores físicos controlados (fotoperíodo, humedad, temperatura,

    nutrientes, RCV pueden variar entre plantas de la misma especie, como en el trabajo

    de López-Hernández y col. (2008) quienes trabajaron con plantas de J. curcas de

    diferente procedencia (africana y cubana) utilizando en ambos casos los mismos

    explantes (hoja, hipocotilo e inflorescencias) y RCV (BAP y 2,4-D), obteniendo en la

    de procedencia cubana 100% de callos a partir de pecíolo con BAP 0.5 y 1.5 mg·L-1 y

    50% de callos a partir de hoja a los 30 días de cultivo. Mientras que el genotipo

    africano presentó el mayor rendimiento de callos a partir de explanes de hoja a

    concentraciones de 2,4-D 0.5, 1 y 2 mg·L-1, igualmente a los 30 días de cultivo.

    Una vez inducidos los callos, el 50% de éstos fue subcultivado en medio MS con los

    tratamientos AIB 0.5 mg·L-1 + BAP 0.25 mg·L-1, mientras que el 50% de los callos

    restantes fueron resembrados en la combinación AIB 0.5 + BAP 0.5 mg·L-1, puesto

    que fueron los tratamientos que mostraron mejor inducción de callo.

    Al tercer subcultivo se observó que los callos resembrados en el tratamiento AIB 0.5

    mg·L-1 + BAP 0.25 mg·L-1 seguían presentado coloración verde y consistencia friable

    (disgregación de la masa celular), además de que hubo aumento de tamaño del callo

    (Figura 11a). Mientras que en callos subcultivados en MS con AIB 0.5 + BAP 0.5

    mg·L-1 se inició el proceso de necrosis desde el segundo subcultivo (Figura 11b),

    presentándose necrosis de toda la masa celular en material subcultivado en el

    tratamiento AIB 0.5 mg·L-1 + BAP 0.5 mg·L-1 (Figura 11c).

  • 38

    Figura 11. Subcultivo de callos: a) callo verde y friable, b) inicio de necrosis, c)

    necrosis completa del callo.

    Puesto que los callos del tratamiento AIB 0.5 mg·L-1 + BAP 0.5 mg·L-1presentaron

    necrosis los siguientes subcultivos en este medio fueron tratados con carbón

    activado (1 mg·L-1) y L-cisteína (0.4 mg·L-1) (Azofeifa, 2009), sin embargo, estos

    antioxidantes no mostraron respuesta positiva, ya que los callos continuaron

    necrosándose (Figura 12).

    Figura 12. Tratamiento de callos con antioxidantes a) L-cisteína y b) carbón activado.

  • 39

    Por otra parte, en los cultivos a partir de hoja y pecíolo de J. curcas tratados con AIB

    Y BAP combinados con 2,4-D (0.5 y 1 mg·L-1), ANA (0.5 y 1 mg·L-1) y TDZ (0.5 y 1

    mg·L-1), no hubo respuesta a brotación, y en cuanto a la inducción de callo sólo se

    presentó callo compacto y no friable en la combinación de (AIB 1 mg·L-1) + (BAP 0.5

    mg·L-1) y TDZ (1 mg·L-1) en un 25% de los explantes de hoja hasta los 30 días de

    incubación, a diferencia de Misra y col. (2010) y Soomro y Memon (2007), que

    reportan obtención de brotes y callo con dichos reguladores.

    Con base a condiciones como son los RCV en el medio, consistencia y tamaño del

    callo, los subcultivos se continuaron cada 20 días en el tratamiento AIB 0.5 mg·L-1 +

    BAP 0.25 mg·L-1 que presentaron mejores resultados también para la obtención de

    brotes

    6.1.3. Cinética de crecimiento y aumento de tamaño de las células

    desdiferenciadas

    Respecto al crecimiento de los callos, se observó que entre los días 20-45 fue

    constante, obteniendo el mayor tamaño entre los días 35-45, hasta el día 50 que

    comenzó a observarse la muerte de la masa celular (Figura 13). En cuanto al tiempo

    de vida del callo de J. curcas fue mayor en este caso, en comparación con el trabajo

    de Misra y col. (2010) que mantuvieron callos hasta el segundo y tercer subcultivo

    (25 días de incubación), pues posteriormente comienzan a presentar problemas de

    infección por bacteria (Enterobacter ludwigii).

  • 40

    Figura 13. Crecimiento radial de los callos de J. curcas medidos cada 5 días: a) día

    20 b) día 25, c) día 30, d) día 35, e) día 40, f) día 45.

    Se midió la longitud máxima de los callos ya que el crecimiento de éstos fue más

    notorio en cuanto a su expansión. Los resultados de la longitud máxima de los callos

    dieron una pendiente (m) de 0.1128, obteniéndose una velocidad de crecimiento

    radial de 0.563 cm·5días-1. En la gráfica correspondiente a la velocidad de

    crecimiento radial (Figura 14) se muestran tres etapas de expansión del callo, las

    cuales podría estar relacionadas con la estructura y composición de la pared celular

    de las células, la cual puede modificarse por A) crecimiento de las células

    meristemáticas, B) cambios en los componentes de pared celular o C) por acción de

    las enzimas (Cosgrove, 2000).

    Comúnmente el crecimiento de los callos es asincrónico, sin embargo, en ocasiones

    se presenta un crecimiento sincrónico que podría deberse a que durante las

    diferentes fases de crecimiento pueden presentarse procesos de síntesis de

    proteínas y otros metabolitos que las células necesiten (Cosgrove, 2000).

  • 41

    Figura 14. Velocidad de crecimiento radial de callos de J. curcas.

    Respecto al crecimiento celular, las gráficas de la cinética del callo de J. curcas,

    tanto de PF como de PS coincidieron presentando un perfil típico sigmoide en el que

    se observaron las fases de crecimiento celular.

    En el caso del PF (Figura 15), la fase de reposo (lag) en la que el cultivo no presentó

    crecimiento y comenzó a adaptarse a las condiciones del medio fue del día 0 al 10,

    iniciando su crecimiento del día 12 al 20 e incrementó la velocidad de crecimiento del

    día 21 al 40 durante las fases exponencial y lineal.

    De los días 41 al 50 de presenta la fase de disminución progresiva para

    posteriormente entrar a la fase estacionaria, momento en que se van agotando los

    nutrientes para finalmente entrar a la etapa de muerte celular. Visualmente a partir

    del día 45 los callos comenzaron a presentar necrosis (Hurtado y Merino, 1988).

  • 42

    Figura 15. Cinética de crecimiento en base a PF de callos de J. curcas.

    Por otra parte a cinética del PS (Figura 16) también tuvo una etapa de adaptación

    durante los primeros 10 días del cultivo. Las etapas exponencial y lineal del PS, al

    igual que las de PF se observaron de los días 15 al 40. En el día 41 la velocidad de

    división comenzó a disminuir gradualmente. Está disminución en base a PS podría

    deberse a que por la disminución de nutrientes, los compuestos presentes en las

    células pueden comenzar a hidrolizarse o incluso iniciar un proceso de autofagia

    celular. (Cosgrove, 2000).

    El cultivo de callo de J. curcas presentó en base al PF un tiempo de tdc de 6.64 días

    y una µ de 0.151 d-1.

  • 43

    Figura 16. Cinética de crecimiento en base a PS de callos de J. curcas.

    La cinética de crecimiento celular de callos de J. curcas resultante mostró un

    comportamiento similar (gráfica sigmoide) a la reportada por Memon y Soomro,

    (2007) la cual pertenece a una cinética de crecimiento de callos obtenidos a partir de

    explantes de hipocotilo en medio MS adicionado con 2,4-D, en la que se observó un

    un crecimiento celular acelerado de los días 7 al 30.

  • 44

    6.2. Obtención de extractos y fracciones proteicas Para el fraccionamiento de los extractos proteicos se siguió la metodología reportada

    por Stirpe y col. (1976) y Lin y col. (2010); sin embargo cuando se uso la columna de

    3.0x100 cm no se obtuvieron picos de elución correspondientes a las fracciones que

    ellos reportan. Aún cuando se utilizó la misma metodología, una razón por la que no

    se mostraron picos máximos en este fraccionamiento pudo deberse a la baja

    concentración de proteína en la muestra de plántula in vitro, pues dichos autores

    trabajaron con extractos de semilla de J. curcas, parte de la planta en la que se ha

    reportado la mayor concentración de proteína.

    Debido a los inconvenientes se trabajó con columnas de menor tamaño. Se inyectó

    el extracto de hoja in vitro en una columna 3.0x30 cm, recuperando 55 fracciones (2

    ml·12 min-1), en las que se presentaron cuatro picos máximos en las fracciones 23 a

    la 42 con absorbancias entre 0.100-0.379 nm a un λde 280 nm (Figura 17).

    Figura 17. Perfil de elución de cromatografía de exclusión molecular de extracto

    proteico de plantas in vitro de J. curcas (3.0x30 cm).

    El perfil de elución con la columna anterior no tuvo buena resolución de los picos

    máximos por lo que se utilizó una columna de 1.0x50 lo cual sería más eficiente para

    el fraccionamiento del extracto.

  • 45

    De las fracciones proteicas obtenidas de esta columna también se llevó a cabo un

    barrido espectrofotométrico a una λ de 280 nm, obteniendo cuatro picos máximos. El

    pico I se obtuvo en las fracciónes 5-6, y los picos II, III, IV estuvieron formados por

    las fracciones 26-45 (Figura 18).

    La mejor resolución de picos fue la de 1.0x50 cm, por los que los fraccionamientos se

    continuaron con dicha columna.

    Figura 18. Perfil de elución de cromatografía de exclusión molecular de extracto

    proteico de plantas in vitro de J. curcas.

    Al igual que para la plántula in vitro, se fraccionó el extracto de proteína cruda del

    callo y las fracciones obtenidas fueron leídas a una λ de 280 nm, obteniendo de este

    barrido espectrofotométrico tres picos máximos, referidos como pico I el cual está

    formado por las fracciones 13 y 14, el pico II de las fracciones 32-43 y el pico III

    correspondiente a la fracción 48 (Figura 19).

  • 46

    Figura 19. Perfil de elución de cromatografía de exclusión molecular de extracto

    proteico de callo de J. curcas.

    Puesto que no hay un estándar de curcina, como control positivo se preparó y

    fraccionó un extracto de hoja de crotón (Croton tiglium) basándose en Stirpe y col.

    (1976), trabajo en el que comparan la curcina con la crotina y reportan la purificación

    de la curcina en semillas de J. curcas en la que obtiene tres picos I, II y III en el orden

    de elución, los cuales corresponden a las fracciones 45, 100 y 135-60. Así mismo

    este autor, demostró que la curcina en J. curcas es similar a la crotina extraída del

    crotón, también perteneciente a la familia de las Euphorbiaceaes, ya que al

    fraccionar los extractos se obtienen los mismos picos cromatográficos, por lo que

    estas proteínas tienen pesos moleculares similares y demostraron ser tóxicas ante

    una DL50 (probada en ratones).

    El perfil de elución del control positivo (croton) presentó tres picos I II y III, en las

    fracciones 8-11, 21-36 y 39 respectivamente (Figura 20). Los picos graficados del

    extracto de plántula in vitro, así como de callo de J. curcas coincidieron con los picos

    obtenidos del control positivo.

  • 47

    Figura 20. Perfil de elución de cromatografía de exclusión molecular de extracto

    proteico croton.

    Como segundo control positivo, se fraccionó un extracto de semilla de J.curcas de

    acuerdo a Lin y col. (2010), quienes purificaron curcina a partir de extractos de

    semillas maduras de J. curcas. Como resultado se obtuvieron dos picos en las

    fracciones 11-13 y 31-40 (Figura 21).

    Figura 21. Perfil de elución de cromatografía de exclusión molecular de extracto

    proteico de semilla J. curcas.

  • 48

    Otra de las razones por las que se utilizó como control positivo e