Asistencia técnica
Biotecnología Asistencia técnica
Biotecnología
Agrobiotecnología y Ambiente
Dos décadas de cultivos biotecnológicos 1
Adaptación y revisión: P. Arthuro Santa Cruz Pe ralta2, Nidia B. Benítez Candia2, Andrea Arrúa Alvarenga2, Rosa Oviedo de Cristaldo3, Danilo Fernández Ríos2
El maíz es una de las primeras innovaciones de la humanidad. Fue domesticado hace 10.000 años cuando los seres humanos aprendieron la polinización cruzada y lentamente transformaron una ordinaria hierba con follaje disperso llamada teosinte en el robusto y productivo maíz actual (Figura 1). A través del estudio del genoma del maíz5, investigadores han confirmado que mutaciones en genes individuales, como Teosinte glume architecture1 (Tga1)6 , altera tanto la estructura de la planta así como la de los granos, y que cambios en muchos genes influencian los rasgos de desarrollo complejos, como la temporada de floración7. A medida que las necesidades cambian, también lo hacen los cultivos. Hoy en día, mientras las compañías biotecnológicas manipulan la genética del
Figura 1. Cruzando por granos. Con el tiempo, el mejoramiento selectivo convirtió los pocos gránulos del teosinte (izq.) en las modernas espigas de maíz con granos expuestos (der.)
maíz buscando satisfacer los deseos de los agricultores y un mercado global, los indígenas de México y Paraguay lo hacían para satisfacer sus diversas necesidades individuales (Figura 2). Aunque las herramientas difieren, el objetivo es el mismo— cultivar variedades de interés. El mejoramiento vegetal anteriormente se encontraba restricto a plantas sexualmente compatibles, y las generaciones de descendientes eran cruzadas selectivamente para crear variedades únicas. Con el objetivo de ampliar la diversidad genética, el cruzamiento vegetal convencional se ha vuelto más tecnológico en los últimos años. Por ejemplo, al darse cuenta de que los mutantes naturales a menudo introducen características valiosas,
Figura 2. Mazorcas de Avati Guapy. Avati significa maíz y Guapy significa sentado, aludiendo principalmente a la forma y longitud de la mazorca. Esta raza se encuentra distribuida solo entre los indígenas y las pocas muestras colectadas son del Departamento de Amambay. Este maíz posee muy bajo rendimiento y aparentemente se usa principalmente para rituales, por la diversidad de colores de los granos en la mazorca8. Las modificaciones genéticas van mucho más allá de las técnicas de ingeniería genética
los científicos recurrieron a sustancias químicas y a la radiación para acelerar la creación de mutantes. Desde las plantas de tubos de ensayo derivadas de cruzamientos sexualmente incompatibles al uso de marcadores genéticos moleculares para la identificación de características hereditarias interesantes, la brecha entre la ingeniería y la genética fue reduciéndose mucho antes de que se cruzaran las fronteras de los reinos. Pero cuando los genetistas comenzaron a explorar a microorganismos buscando características de interés—como los genes de Bacillus thuringiensis (Bt) (Cuadro 1) que producen una proteína letal para algunas plagas de cultivo—desencadenaron un escándalo sobre las preocupaciones éticas, científicas y ambientales que continúa hoy en día. Los cultivos modificados por ingeniería genética (GE) tienen la más rápida tasa de adopción entre las nuevas tecnologías en la agricultura global simplemente porque los agricultores se benefician directamente con mayores rendimientos y menores costos de producción (Tabla 1). Hasta la fecha, las dos características más prevalentes en los cultivos GE en términos de porcentaje del área global del GE por característica, sobre 175 millones de hectáreas, son la tolerancia a herbicidas (57%) y la resistencia a insectos (16%). Actualmente también se dispone de semillas que portan ambas características apiladas (27%)9.
Desde 1987, se han expedido permisos por parte del Servicio de Inspección de Sanidad Animal y Vegetal de los Estados Unidos (APHIS por sus siglas en inglés) para pruebas de campo de cultivos GE. Según esta institución, el maíz es la planta más evaluada. El Servicio Internacional para la Adquisición de Aplicaciones Agrobiotecnológicas (ISAAA) confirma que el maíz GE es el segundo cultivo biotecnológico más importante (después de la soja), con 23,9 millones de hectáreas sembradas en el año 2013. El almidón del maíz GE y la lecitina de soja son solo dos de los ingredientes que ya constituyen aproximadamente el 70% de los alimentos procesados.
Tabla 1. Producción mundial de cultivos modificados por ingeniería genética. Cuatro tipos de cultivos representan la mayor parte de las plantaciones GE: soja tolerante a herbicidas, maíz resistente a insectos, algodón resistente a insectos, y canola8.
País Estados Unidos Brasil Argentina Canadá India China Paraguay
Superficie cultivada en 2013 (millones de hectáreas) 70,1 40,3 24,4 11,0 10,8 4,2 3,6
Cuadro 1. Tecnología Bt
Bacillus thuringiensis, una bacteria del suelo, produce muchas toxinas de proteínas cristalinas (Cry) que destruyen el intestino de plagas de cultivos, tales como las larvas de lepidópteros. Hasta ahora, se han identificado más de 50 genes cry y se ha encontrado que afectan a las órdenes de insectos de manera diferente. Considerado seguro para los seres humanos, mamíferos y la mayoría de los insectos, el Bt ha sido un plaguicida de rociado popular desde la década de 1960, debido a que presentaba pocas posibilidades de efectos no deseados. La introducción del gen en el maíz a través de la ingeniería genética, sin embargo, causó una reacción pública inesperada. “Pensamos que iba a ser la cosa más grande desde el consumo del pan en rodajas” dice Guy Cardineau, biotecnólogo agrícola de la Universidad Estatal de Arizona. “Esta es una manera de resistir la presión por parte de insectos, disminuir el uso de pesticidas, y el rociado de Bt fue ampliamente utilizado en la agricultura orgánica”, añade. La disputa sobre el Bt ilustra cuán diferentes pueden ser las consideraciones sobre un producto y un proceso. Después de los costosos procesos de desarrollo, la preocupación actual es que la plantación a gran escala del maíz Bt hará a la toxina ineficaz con el paso del tiempo. Las plagas son capaces de desarrollar resistencia a cualquier pesticida, y por lo tanto la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA por sus siglas en inglés) exige que el 20% de las áreas de cultivo de Bt sean sembradas con maíz no-Bt para evitar esas presiones. Pero los humanos son quienes deben seguir las reglas. Un reciente informe del Centro para la Ciencia en el Interés Público muestra que casi 20% de los agricultores del cinturón maicero de los Estados Unidos están violando los estándares de la EPA, plantando maíz Bt en exceso, lo que lleva a algunos a cuestionar las normas y su observancia necesaria para ciertos cultivos modificados por ingeniería genética (GE).
Cortesía de John Doebley.
38 |
| 39
Asistencia técnica
Biotecnología Asistencia técnica
Biotecnología
Beneficios Emergentes
Como Roger Beachy, del Centro Danforth —el primero en desarrollar un tomate resistente a virus— lo describe, la primera generación de cultivos GE fue creada para ayudar a los agricultores no solamente a reducir el impacto de las pestes, sino también el uso de agroquímicos en la producción agrícola moderna–un legado de la Revolución Verde. Después de dos décadas de cultivos, los beneficios ambientales van emergiendo. Los cultivos Bt reducen la necesidad del uso de pesticidas, y mientras el beneficio primordial se observa con claridad durante fuertes infestaciones por parte de plagas como Alabama argillacea, Pectinophora gossypiella, Heliothis spp., Ostrinia nubilalis, y Helicoverpa zea, un efecto secundario es que los insectos beneficiosos (en comparación con el uso indiscriminado de pesticidas) sufren menor daño bajo estas condiciones10. Los números para los cultivos Bt (maíz y algodón) en los Estados Unidos de América son particularmente impresionantes, mostrando reducciones consistentes de hasta 56 millones de kilogramos en aplicaciones de insecticidas en los últimos 18 años11 12. De acuerdo con Leornard Gianessi, investigador asociado del Centro Nacional de Políticas Agrícolas y Alimentarias (NCFAP por sus siglas en inglés), los agricultores que adoptan los cultivos GE obtienen mayores ganancias en períodos más difíciles. En efecto, las características de resistencia a insectos y a virus ya han logrado salvar a muchas industrias. Los cultivos resistentes a herbicidas generaron una recepción distinta. Mientras los críticos a los cultivos GE
reconocen que el uso de herbicidas más benignos, como por ejemplo Glifosato, puede tener beneficios ambientales, el desarrollo de un monopolio de mercado es una de las críticas más importantes. Hoy la patente del mencionado herbicida ha expirado, pero la preocupación sigue vigente con respecto a los nuevos herbicidas ya presentes en el mercado y los que han de ser desarrollados en el futuro. Sin embargo, el incremento del cultivo de soja resistente a herbicidas es un factor integral, aunque no el único, en el aumento de la adopción de la siembra directa— una estrategia que reduce la erosión del suelo. También se produjeron beneficios sorpresivos. Los cultivos de maíz Bt tienen menores niveles de micotoxinas, potenciales cancerígenos para los humanos provenientes de la actividad fúngica en cultivos de maíz infectados con insectos13 14.
Negocio Arriesgado
Después de 18 años de producción de cultivos GE sin efectos sobre la salud15, los riesgos ambientales potenciales —particularmente el flujo génico (Cuadro 2) a otras especies— han eclipsado la seguridad alimentaria como preocupación primaria. Debido a que el polen y las semillas se mueven en el ambiente, pueden transmitir rasgos genéticos a cultivos cercanos o parientes salvajes. Muchos cultivos de autopolinización, como el trigo, la cebada y la papa, poseen una baja frecuencia de flujo génico, pero los más susceptibles, como la remolacha y el maíz, ameritan mayor preocupación. Determinar hacia dónde los genes fluyen es una próspera vía de investigación, pero la verdadera interrogante es “¿y qué?”. Los riesgos asociados con el flujo génico —como la aparición de malezas con rasgos in-
Cuadro 2. Agricultura molecular (Molecular farming)
“El riesgo del flujo génico que me mantiene despierto en las noches es la posibilidad de hibridación de cultivos GE productores de moléculas de aplicaciones farmacéuticas y cultivos afines destinados para el consumo humano,” expresa el genetista vegetal Norman Ellstrand. Ciertamente, esta aplicación de los cultivos GE busca convertir al maíz en una fábrica farmacéutica rentable y podría llevar la etiqueta de un riesgo no gestionable. Es actualmente un tema de intenso debate. Debido a que es un cultivo de polinización abierta, el maíz es más propenso a los riesgos del flujo génico que cualquier otro cultivo. La contaminación genética adquiere un significado totalmente nuevo cuando los rasgos pasibles de transferencia podrían producir proteínas para tratar la diabetes o desarrollar una vacuna contra la Hepatitis B. Dado que este maíz requiere de múltiples medidas de seguridad —incluyendo la producción en áreas remotas, maquinaria agrícola independiente, cultivo tardío para compensar la polinización, entre otros— muchos se preguntan porqué usar el maíz, a lo que el biotecnólogo agrícola Guy Cardineau responde “Conocemos bastante sobre la genética del maíz, y se presta naturalmente a la producción de proteínas que pueden ser almacenadas indefinidamente en paquetes granulares”. Un número de científicos y fabricantes estadounidenses de alimentos aún no están convencidos de que los beneficios sean mayores a los riesgos y se han unido a grupos ambientalistas en el cuestionamiento al uso del maíz “ farmacéutico”.
40 |
troducidos, la reducción de la biodiversidad, o el daño a las especies no blanco—son similares a aquellos provenientes de cultivos convencionales. “Yo no descartaría las preocupaciones ecológicas, pero creo que podrían ser exageradas”, menciona Gabrielle Persley, autora del informe del ICSU. Es rara la ocurrencia de casos en que determinados cultivos se han convertido en malezas. Sembrados tan intensamente por cientos de años, la mayoría de los mismos no puede sobrevivir sin la intervención humana. El aumento de malezas podría ser identificado, sin embargo, si las plantas son más adecuadas o capaces de sacar de competición otras especies de cultivo mediante la producción de más semillas, la dispersión de polen o semillas en un área más amplia, o mediante el crecimiento más vigoroso en un ambiente específico. Norman Ellstrand, genetista vegetal en la Universidad de California en Riverside, ha demostrado que el flujo génico de muchos cultivos sembrados convencionalmente incrementa las probabilidades de que los parientes silvestres cercanos se conviertan en malezas. Para muchos cultivos domesticados, no existen variedades silvestres en las áreas actuales de sembrado. No obstante, los centros de origen/diversidad de las especies cultivadas son particularmente vulnerables al flujo génico hacia variedades locales. Algunos temen que las variedades GE con una ventaja competitiva puedan desplazar gradualmente a la valiosa diversidad genética. Por estas razones, el maíz GE se encuentra restringido en México, hogar de más de 100 variedades únicas. A pesar de la prohibición, se han encontrado genes ingenierizados en el maíz mexicano. “Hemos confirmado en muchos casos que existen en variedades locales de maíz en Oaxaca”, afirma Ariel Álvarez Morales, genetista vegetal del Centro Mexicano de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV) en Irapuato. Las repercusiones de esto no serán conocidas hasta dentro de un tiempo, pero Luis Herrera Estrella, Director de Biotecnología Vegetal de la CINVESTAV, está convencido de que estos rasgos de un único gen tendrán escasas consecuencias en las variedades nativas mexicanas. “Si los genes Bt ofrecen una ventaja a los agricultores, ellos seguirán cultivándolo. En ese caso no será malo”, menciona sobre el cambio dinámico en variedades nativas. “El flujo génico a partir de variedades comerciales a las nativas ha venido ocurriendo por aproximadamente 60 años.”
De hecho, los impactos involuntarios son una principal preocupación. El riesgo potencial a los organismos no blanco pasó a primer plano cuando en 1999 un artículo de Nature16 sugirió que las poblaciones de mariposa monarca podrían verse afectadas por los transgenes Bt. Fue corregido por publicaciones posteriores, ya que los experimentos de campo no concordaron con los resultados de laboratorio originales. Pero los efectos sobre otros organismos no blanco, como los microbios del suelo, siguen siendo una preocupación. Cuando las investigaciones sobre genética microbiana revelaron cómo los genes pueden ser transferidos entre especies por transferencia horizontal, no solo explicaron porqué los microorganismos eran tan diversos, sino que además estos potencialmente podrían ser dotados de DNA de organismos GE encontrados en el suelo. “Aunque es una posibilidad hipotética, no existe evidencia que esto ocurra en un grado de frecuencia significativo”, afirma Persley. La falta de datos ecológicos de referencia — incluso existiendo acuerdo sobre lo que constituiría una base de datos de referencia apropiada—presenta una sustancial brecha de conocimiento para las evaluaciones de riesgo ambiental. Allison Snow, experta en malezas de la Ohio State University concuerda con lo que muchos creen es el riesgo más importante—la incapacidad de anticipar todos los efectos. “¿Conocemos todas las preguntas correctas qué deberíamos hacer?” se pregunta, añadiendo “Los genes son complicados y pueden interactuar”. Por estos motivos, identificar los factores que regulan las poblaciones de malezas y pestes, y determinar cómo los cambios en las comunidades microbianas afectan a ecosistemas mayores son importantes áreas de investigación.
¿Difieren los riesgos para los países en desarrollo?
Para dos académicos que iniciaron la revolución biotecnológica, los riesgos reales de los GE se encuentran en cómo la ciencia es mal interpretada y mal utilizada. De hecho, es probable que la mayor parte de la investigación básica llevada a cabo actualmente no sea aplicada en el futuro próximo. La preocupación pública sumada a la consolidación corporativa creó enormes obstáculos, especialmente en la implementación de la tecnología en los países en desarrollo. Mientras Beachy culpa a los costos regulatorios exorbitantes que “se deben a los reguladores que no han puesto en contexto a esta tecnología y su seguridad relativa”, Richard Jefferson, presidente y director eje-
| 41
Asistencia técnica
Biotecnología Asistencia técnica
Biotecnología
cutivo del Centro para la Aplicación de Biología Molecular en la Agricultura Internacional en Australia (CAMBIA), teme que la innovación haya sido ahogada por la miopía corporativa. “El mayor riesgo es que [la biotecnología] se mantenga como una industria costosa y rígida, con barreras de ingreso insostenibles para las iniciativas más pequeñas”, menciona. En verdad ¿cuándo el riesgo de no utilizar tecnología disponible se tiene en cuenta en el debate? (Cuadro 3). Muchos científicos argumentan que la ingeniería genética puede ayudar a garantizar la seguridad alimentaria en los países en desarrollo, especialmente en África. Mientras que aproximadamente el 45% de las hectáreas de cultivos biotecnológicos en el año 2013 se encuentran en países como Brasil, Argentina, China e India, existe escasa investigación aplicada a cultivos relevantes para países africanos propensos a la hambruna. Para asegurar un retorno de las inversiones en investigación, usualmente con la regulación co-
mo la mayor parte del coste, el desarrollo de características exitosas en el mercado es una prioridad. “Dada la diversidad de ambientes y sistemas de cultivo, no quedan muchas características de venta exitosa como la tolerancia al Roundup por desarrollar, dice Jefferson. La alternativa, agrega, es disminuir el coste de la innovación en variedades locales que tengan alta probabilidad de ganar aceptación pública (Cuadro 4).
Conclusión
A medida que la ingeniería genética continúa evolucionando, los métodos de ingeniería genética se van volviendo solo una de muchas herramientas. La investigación científica seguirá sopesando los riesgos y beneficios de tales herramientas, descubriendo que tal vez nunca haya suficiente evidencia para asegurar un riesgo cero. Solo con datos se podrían determinar los niveles tolerables de riesgos ambientales caso por caso.
Cuadro 3. Arroz Dorado
Las restricciones regulatorias actuales obstruyen las innovaciones en ingeniería genética que buscan mejorar los cultivos de subsistencia, como el arroz. El arroz dorado, amarillento en apariencia debido a que contiene el precursor de la vitamina A, el beta-caroteno, podría salvar cada año a miles de personas desnutridas de la ceguera y otras enfermedades provocadas por deficiencia de vitamina A prevalentes en el Sudeste Asiático17. Inconvenientes relacionados con la propiedad intelectual y la oposición de activistas han entorpecido el desarrollo por años. Enfrentado con problemas de patentes, obstáculos regulatorios y costos, el desarrollador e investigador académico Ingo Potrykus acordó una alianza con Syngenta (en aquel entonces AstraZeneca Corporation) para permitir la autorización de uso de patentes en instituciones públicas de investigación con fines humanitarios. Después de más una década de trabajo, el arroz dorado aún no se encuentra en el mercado. El ya jubilado Potrykus está decidido a llevar esta tecnología a los agricultores una vez que pase las pruebas regulatorias de campo. “Nadie puede establecer siquiera un riesgo hipotético del arroz dorado para el medio ambiente”, afirma, añadiendo que los riesgos nutricionales son también inexistentes. Él reconoce, sin embargo, que las pruebas de campo serán beneficiosas para la aceptación de este y otros productos biofortificados futuros.
Cuadro 4. Apomixis
Una forma de minimizar los problemas asociados con el flujo génico es introducir la esterilidad, de manera que el polen no pueda transmitir información. Richard Jefferson tiene altas esperanzas en una forma económica y accesible de que los agricultores produzcan semillas genéticamente superiores, llamada apomixis. Pero conceptos similares han sido planteados antes. La controversial tecnología terminator impedía el flujo génico, pero también enfureció a los activistas porque no permitía que los agricultores reutilizaran la semilla. La apomixis es una tecnología de germinación—impidiendo por completo la fertilización, a través de la producción de semillas sin polinización. En efecto, las semillas pueden ser clones naturales de la madre, en lugar de un intercambio genético entre la madre y el padre. De esa manera, la calidad del híbrido puede mantenerse a medida que los agricultores usan la semilla año tras año. Investigadores latinoamericanos han desarrollado recientemente una plataforma de transformación para investigar genes candidatos responsables de la apomixis18.
42 |
Referencias
1 Adaptado a partir de: Gewin V (2003) Genetically Modified Corn— Environmental Benefits and Risks. PLoS Biol 1(1): e8. doi:10.1371/journal.pbio.0000008. Publicado el 13 de octubre de 2003. Copyright: © 2003 Public Library of Science. Este es un artículo de acceso libre distribuido bajo los términos de la Licencia Public Library of Science Open-Access, el cual permite compartir, copiar, redistribuir el material (en cualquier medio o formato), adaptar, remezclar, transformar y crear a partir del material en cualquier medio, siempre que el trabajo original sea apropiadamente citado. 2 Departamento de Biotecnología, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Asunción. E-mail:
[email protected] 3 Dirección General de Investigación Científica y Tecnológica, Universidad Nacional de Asunción. 4 Doebley, J. (2004). The Genetics of Maize Evolution. Annual Review of Genetics, 38(1), 37-59. 5 Wei, F., Zhang, J., Zhou, S., He, R., Schaeffer, M., Collura, K., … Wing, R. A. (2009). The Physical and Genetic Framework of the Maize B73 Genome. PLoS Genet, 5(11), e1000715. 6 Wang, H., Nussbaum-Wagler, T., Li, B., Zhao, Q., Vigouroux, Y., Faller, M., … Doebley, J. F. (2005). The origin of the naked grains of maize. Nature, 436(7051), 714-719. 7 Jiao, Y., Zhao, H., Ren, L., Song, W., Zeng, B., Guo, J., … Lai, J. (2012). Genome-wide genetic changes during modern breeding of maize. Nature Genetics, 44(7), 812-815. 8 Salhuana, W., & Machado, V. (1999). Razas de maíz en Paraguay. Estados Unidos: Departamento de Agricultura de Estados Unidos, Programa de Investigación de Maíz del Ministerio de Agricultura y Ganadería del Paraguay. 9 James, C. (2013). Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2013. Ithaca, NY: The International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA). 10 Rodas Cardozo, C., Fernández Rios, D., Oviedo de Cristaldo, R., & Benítez de Bertoni, B. (2012). Evaluación de Riesgos del Algodón Bt. En II Congreso Nacional de Ciencias Agrarias y III Seminario Nacional de Energías Renovables (pp. 54-56). San Lorenzo: FCA-UNA. 11 Benbrook, C. M. (2012). Impacts of genetically engineered crops on pesticide use in the U.S. --
the first sixteen years. Environmental Sciences Europe, 24(1), 1-13. 12 Fernández-Cornejo, J., Wechsler, S. J., Livingston, M., & Mitchell, L. (2014). Genetically Engineered Crops in the United States (ERR No. 162) (p. 60). Department of Agriculture, Economic Research Service. 13 Wu, F. (2006). Mycotoxin Reduction in Bt Corn: Potential Economic, Health, and Regulatory Impacts. Transgenic Research, 15(3), 277289. 14 Ostry, V., Ovesna, J., Skarkova, J., Pouchova, V., & Ruprich, J. (2010). A review on comparative data concerning Fusarium mycotoxins in Bt maize and non-Bt isogenic maize. Mycotoxin Research, 26(3), 141-145 15 Nicolia, A., Manzo, A., Veronesi, F., & Rosellini, D. (2013). An overview of the last 10 years of genetically engineered crop safety research. Critical Reviews in Biotechnology, 1-12. 16 Losey, J. E., Rayor, L. S., & Carter, M. E. (1999). Transgenic pollen harms monarch larvae. Nature, 399(6733), 214-214. 17 Tang, G., Hu, Y., Yin, S., Wang, Y., Dallal, G. E., Grusak, M. A., & Russell, R. M. (2012). β-Carotene in Golden Rice is as good as β-carotene in oil at providing vitamin A to children. The American Journal of Clinical Nutrition, 96(3), 658-664. 18 Mancini, M., Woitovich, N., Permingeat, H., Podio, M., Siena, L., Ortiz, J., … Felitti, S. (2014). Development of a modified transformation platform for apomixis candidate genes research in Paspalum notatum (bahiagrass). In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant, 1-13.
| 43
