La biotecnología y la biología sintética están ganando impulso a nivel mundial como herramientas de conservación y soluciones para la salud humana, pese a ciertas críticas que generan. Investigadores buscan que algunas especies animales y vegetales en peligro sean más resistentes a enfermedades y al cambio climático, y también desarrollar estrategias para controlar organismos que representan una grave amenaza para la salud humana. Revisa los detalles en este reportaje de Smithsonian Magazine.
Smithsonian Magazine / 21 de enero, 2025.- En el verano de 1904, Herman Merkel, jefe forestal del Zoológico del Bronx, en la ciudad de Nueva York, realizaba su recorrido habitual por el recinto cuando notó algo extraño creciendo en los castaños americanos: constelaciones deformes de cancros hinchados de color marrón anaranjado. Sin que Merkel lo supiera, sus observaciones fueron las primeras señales de lo que más tarde sería denominado “el mayor desastre ecológico en América del Norte desde la Edad de Hielo”.
Investigaciones posteriores revelaron que el responsable era un hongo llamado Cryphonectria parasitica, o tizón del castaño, que introduce sus esporas a través de grietas en la corteza y corta fatalmente el suministro de agua y nutrientes del árbol. El patógeno era un polizón que había llegado en castaños japoneses importados, los cuales son resistentes; pero en suelo estadounidense resultó ser un asesino rápido e implacable.
Apenas un año después, el tizón había acabado con casi todos los castaños del zoológico, así como con los de los parques circundantes del Bronx. Para la década de 1950, había eliminado el 99 por ciento de la población de la especie en el este de Estados Unidos, donde más de cuatro mil millones de estos imponentes árboles habían cubierto el paisaje de tal manera que se decía que una ardilla podía viajar desde Maine hasta Georgia saltando únicamente de rama en rama de castaño.
Desde entonces, los científicos han intentado, con poco éxito, devolver a los árboles desde el borde de la extinción. Hoy en día, los castaños americanos se consideran funcionalmente extintos. Los árboles de tamaño completo son difíciles de encontrar; lo que queda son principalmente raíces y brotes. Los científicos han desarrollado híbridos de castaño americano y chino, pero plantar especies completamente nativas es importante para los objetivos de restauración ecológica, señala Andrew Newhouse, director del Proyecto de Investigación y Restauración del Castaño Americano en la Universidad Estatal de Nueva York, Colegio de Ciencias Ambientales y Forestales (ESF).
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Gracias a un campo emergente, estos árboles icónicos —y otras especies amenazadas— podrían algún día ser restaurados. La disciplina, llamada biología sintética, se basa en editar el ADN de los organismos para introducir nuevos genes o modificar los existentes, reprogramando esencialmente la vida para combatir enfermedades, limpiar el ambiente, aumentar la producción de alimentos y más. En el caso de los castaños, realizar cambios en su genoma podría aumentar su resistencia al tizón.
“La biología sintética abre posibilidades que realmente no habían existido hasta ahora para abordar este problema”, afirma Newhouse.
En el ámbito de la conservación, los experimentos con biología sintética buscan dar una ventaja a otras especies en peligro. Algunos investigadores están probando si la introducción de genes para proteínas de choque térmico en los corales podría ayudarlos a enfrentar el aumento de las temperaturas; otros intentan crear una vacuna genética para hurones de patas negras que les otorgue resistencia contra la letal peste selvática. La tecnología incluso podría ayudar a limpiar los ambientes degradados donde viven algunas de estas criaturas, mejorando la capacidad de las plantas para eliminar toxinas de metales pesados del suelo contaminado.
La ingeniería genética se ha utilizado durante mucho tiempo en la agricultura para hacer cultivos más resistentes a plagas y en la medicina para producir vacunas y tratamientos, pero en la conservación sigue siendo una idea relativamente nueva. La biología sintética es un término extremadamente amplio, que abarca desde realizar unas pocas ediciones génicas hasta crear células artificiales desde cero. Como resultado, el campo está dividido sobre cómo debería implementarse exactamente y si debería utilizarse en organismos silvestres.
En el Congreso Mundial de la Conservación, una reunión de líderes internacionales en conservación celebrada en Abu Dabi en octubre pasado, los asistentes adoptaron un marco para regular cómo avanzará la investigación en biología sintética. Sin embargo, un grupo de académicos y organizaciones sin fines de lucro presionó para establecer una moratoria sobre la edición genética en organismos silvestres.
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Argumentaron que no está claro cómo sobrevivirán las especies genéticamente modificadas liberadas en la naturaleza ni cómo podrían afectar a sus ecosistemas. “Los resultados son altamente inciertos y complejos”, señala Guy Reeves, genetista evolutivo y asesor científico de la Liga Alemana para la Naturaleza y el Medio Ambiente, quien ha realizado modelos sobre estas liberaciones y apoyó la moratoria. “Lo que generalmente es cierto en muchos de estos casos es que, en la práctica, son irreversibles”.
Conceptos clave: biología sintética y desextinción
Un ejemplo de alto perfil de la biología sintética es el controvertido trabajo de desextinción realizado por organizaciones biotecnológicas que buscan desarrollar aproximaciones de especies extintas editando los genes de sus parientes vivos más cercanos.
Una de estas empresas, Colossal Biosciences, tiene en la mira al lobo terrible, el mamut lanudo, el tilacino, el dodo y el moa. Revive & Restore, una organización de conservación enfocada en biotecnología, planea desextinguir a la paloma migratoria creando un ave que pueda cumplir su función en el ecosistema.
“Estamos lidiando con incógnitas desconocidas”, agrega Ricarda Steinbrecher, bióloga y genetista molecular que trabaja en organismos genéticamente modificados en la organización suiza de conservación Pro Natura. “La complejidad —cuáles podrían ser los impactos— está más allá de lo que podemos comprender actualmente”.
Sin embargo, los defensores de esta investigación sostienen que cualquier liberación de organismos editados genéticamente se llevaría a cabo solo después de pruebas exhaustivas, aprobaciones regulatorias y consultas con las comunidades locales. “Existen controles y equilibrios”, dice la entomóloga Krystal Birungi, quien trabaja en mosquitos editados genéticamente. “La gente no sale simplemente a crear cosas por su cuenta, sin que nadie supervise”. Birungi afirma que respiró aliviada cuando la moratoria fue rechazada.
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Aquí examinamos más de cerca tres enfoques de biología sintética destinados a apoyar la conservación y la salud humana. A través de estos esfuerzos experimentales, sugieren los científicos, la ingeniería genética podría ayudar a salvar ranas en peligro, proteger a los humanos de la malaria y rescatar al querido castaño americano.
Creación de árboles resistentes a enfermedades
Investigadores de ESF han liderado el esfuerzo para crear castaños americanos capaces de resistir el letal hongo Cryphonectria parasitica. A partir de la década de 1990, comenzaron a buscar genes que pudieran conferir protección contra el tizón, y encontraron un gen prometedor proveniente del trigo que codifica una enzima llamada oxalato oxidasa.
“El gen ayuda a descomponer una toxina específica producida por el hongo, reduciendo así el daño causado al árbol”, explica Newhouse. Aunque el gen no impide que los árboles se infecten, los estudios sugieren que ayuda a limitar el daño.
Los investigadores descubrieron cómo insertar el gen en el genoma del castaño americano, creando un cultivar llamado Darling 54. Algunos de estos árboles han sido plantados en parcelas confinadas en el estado de Nueva York, y el equipo ahora espera la aprobación regulatoria de agencias federales para ampliar las pruebas.
Sin embargo, ese proceso de aprobación se retrasó debido a una confusión en el etiquetado de cultivares en los ensayos de investigación de ESF, lo que ya ha sido corregido. Aun así, pruebas recientes han demostrado que los árboles modificados genéticamente crecen más lentamente que sus contrapartes y presentan una mayor mortalidad, y la Fundación del Castaño Americano retiró su apoyo al proyecto en diciembre de 2023.
Newhouse señala que él y su equipo siguen viendo un gran potencial en sus árboles, que continúan probando junto a varios nuevos socios: “Darling 54 representa un hito importante para mejorar la tolerancia al tizón en un castaño completamente americano”.
“El objetivo final es llevar los árboles al ambiente”, añade Newhouse, “para poder aprender más, permitir que la gente los plante y vea cómo funcionan en distintas partes del rango histórico del castaño, y comenzar a escalar hacia plantaciones de restauración significativas”.
Mientras tanto, Newhouse y su equipo están evaluando si su técnica podría ayudar a proteger otros árboles del tizón, incluidos el chinquapín de Ozark, estrechamente relacionado, y especies no pertenecientes al género castaño, como el olmo americano y la haya.
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Salvar a las ranas del hongo
Durante el último medio siglo, una enfermedad fúngica letal llamada quitridiomicosis ha devastado a más de 500 especies de anfibios en todo el mundo, causando la extinción de al menos 90 de ellas.
“La enfermedad afecta su piel”, explica Tiffany Kosch, bióloga de la conservación de la Universidad de Melbourne, en Australia. “Dado que la piel de las ranas es tan importante para la respiración y también para la absorción de agua e iones”, el hongo “finalmente conduce a la muerte por paro cardíaco”.
Una especie que se encuentra al borde de la extinción es la rana corroboree del sur, una pequeña criatura del tamaño de una uña, de franjas negras y amarillas, que habita una estrecha franja de turberas cubiertas de musgo en los Alpes australianos. Quedan menos de 50 ranas en estado silvestre, lo que las hace funcionalmente extintas.
“Las corroboree son consideradas la especie de rana más icónica de Australia, y eso se debe a que son muy coloridas, bastante rechonchas y adorables”, dice Kosch, quien ha pasado la última década estudiando la especie. “También son muy importantes para los pueblos indígenas de aquí”, para quienes el canto de las ranas solía “anunciar que era seguro cruzar las regiones alpinas en primavera”.
En un intento por conservar a la rana, el laboratorio de Kosch ha secuenciado su genoma e identificado variantes genéticas que otorgan a algunos individuos una resistencia natural al hongo. El equipo planea criar selectivamente estas ranas más fuertes, mientras estudia los genes de especies estrechamente relacionadas —como la ranita oriental común— que viven junto a la corroboree pero son inmunes a la enfermedad.
“Si la cría selectiva no es suficiente para ayudar a restablecer estas ranas en la naturaleza, entonces la biología sintética tiene una verdadera ventaja”, afirma Kosch, “porque permitiría transferir genes ventajosos entre especies, algo que es poco probable que ocurra de manera natural”.
Hasta ahora, el equipo de Kosch ha identificado “varios cientos de genes objetivo” asociados con la resistencia a la quitridiomicosis, pero esperan reducir esa cifra a 10 o 20 en los próximos años y luego comenzar a editar genes. “Diría que diez años es probablemente una estimación” para que ranas genéticamente modificadas puedan ingresar al medio silvestre, señala. “Será un proceso bastante lento, ya que es la primera vez que se hace algo así”.
Supresión de poblaciones de mosquitos
Además de proteger especies amenazadas, la biología sintética podría potencialmente proteger a las personas de enfermedades mortales como la malaria transmitida por mosquitos, especialmente en África, donde 47 países concentran el 95 por ciento de los casos y muertes por malaria a nivel mundial. Por ejemplo, en Uganda, de donde es originaria la entomóloga Birungi, la malaria mata a 1 de cada 25 niños menores de 5 años.
“Tenemos una alta carga de malaria”, dice Birungi, quien contrajo la enfermedad múltiples veces durante su infancia. Su hermano menor estuvo a punto de morir por ella. “La economía se ve gravemente afectada en términos de tiempo perdido en el trabajo y de todo el dinero que se destina a la atención sanitaria para tratar a padres e hijos”.
Los métodos actuales de control han ayudado, pero aún enfrentan diversos desafíos: los mosquitos muestran una creciente resistencia a los insecticidas, los mosquiteros no pueden proteger a las personas durante el día y los tratamientos farmacológicos de múltiples ciclos son costosos.
La organización de Birungi, la organización internacional sin fines de lucro Target Malaria, trabaja para prevenir la malaria alterando genéticamente a los mosquitos para que porten rasgos que reduzcan su población. Se enfocan en genes involucrados en la reproducción y la fertilidad, creando cepas que producen más mosquitos machos (que no pican) y cepas con hembras que ponen menos huevos o son completamente estériles.
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El objetivo final de Target Malaria es crear gene drives («impulsores genéticos», en español), o elementos genéticos que se propaguen en la población de mosquitos, permitiendo que los rasgos editados persistan en generaciones futuras. Esto puede reducir el número de mosquitos genéticamente modificados que deben criarse, así como el total de lotes que deben liberarse. “Es mucho más sostenible”, dice Birungi, “lo cual es particularmente importante en países que no son ricos”.
Los gene drives son una tecnología controvertida porque los científicos no pueden predecir sus efectos a largo plazo y su propagación auto-replicante en el ambiente sería irreversible (La organización señala que aún faltan entre cinco y diez años para solicitar la aprobación regulatoria para un permiso de uso contenido para mosquitos genéticamente modificados). Sin embargo, Birungi sostiene que, al igual que en el campo más amplio de la biología sintética, el costo de no hacer nada supera con creces cualquiera de estos riesgos.
“Muchas veces la gente se centra en ‘Oh, no sabemos realmente sobre esto. ¿Qué pasa si hacemos algo?’ —lo cual es excelente; pensar en lo que podría pasar si haces algo—. Pero nunca olviden equilibrar eso con lo que sucedería si no se hace nada”.
“Porque para muchos animales”, concluye Birungi, “eso significa la extinción completa”.