Cultivos transgénicos disponibles a nivel comercial

1.- Cultivos resistentes a insectos (Bt)

La denominación Bt deriva de Bacillus thuringiensis, una bacteria común del suelo y cuyas esporas contienen proteínas tóxicas sólo para las larvas de ciertos insectos. El gen responsable de la síntesis de esta proteína se ha identificado y hoy los científicos han logrado encontrar diferentes tipos de estos genes, los cuales producen proteínas denominadas Cry con acción específica contra diferentes tipos de insectos.

Los cultivos Bt fueron genéticamente modificados para producir en sus tejidos proteínas Cry. Así, cuando las larvas intentan alimentarse de alguna parte de la planta, mueren. Estas proteínas Cry, se activan en el sistema digestivo del insecto y se adhieren a su epitelio intestinal, alterando el equilibrio osmótico del intestino. Esto provoca la parálisis del sistema digestivo del insecto el cual deja de alimentarse y muere a los pocos días. Las proteínas Cry son muy específicas para determinados tipos de insectos, siendo inocuas para mamíferos, pájaros e insectos “no-blanco”. En el hombre no causa daño pues en su intestino no existen los receptores para esta proteína y Cry sólo actúa en medios alcalinos, como el del intestino del insecto, y no en ácidos, como el del hombre.

Los beneficios de los cultivos Bt se basan en la posibilidad de expresar el potencial de rendimiento en presencia de la plaga y una disminución en el número de aplicaciones de insecticidas, lo que constituye un beneficio económico y ambiental. Se ha demostrado además que el maíz Bt contiene niveles mucho menores de micotoxinas, en comparación con el maíz no Bt, y esto es debido a que al no haber daño por insectos en las plantas, no hay forma de que los hongos productores de estas toxinas, muy peligrosas para la salud humana y animal, la infecten.

Ejemplos de cultivos transgénicos resistentes a insectos disponibles comercialmente son principalmente el maíz y el algodón, pero en los últimos años se han sumado eventos en soja, berenjena y caña de azúcar. A) larva de gusano earworm dañando una mazorca de maíz; B) comparación de maíz Bt (arriba) y maíz convencional (abajo) luego del ataque de insectos; C) comparación de la contaminación con micotoxinas entre maíz Bt (izquierda) y maíz no Bt (derecha); D) larva de gusano bollwarm dañando una planta de algodón; E) vista aérea de un campo de algodón dañado por insectos (derecha) y algodón transgénico resistente al ataque de esos insectos (izquierda)

2.- Cultivos tolerantes a herbicidas (TH)

El crecimiento de las malezas disminuye drásticamente el rendimiento y la calidad de los cultivos. Muchos herbicidas sirven para un determinado tipo de malezas y suelen dejar residuos que permanecen en el suelo por años. El empleo de cultivos transgénicos tolerantes a herbicidas resuelve estos problemas, ya que estos cultivos son tolerantes a los herbicidas glifosato o glufosinato, ambos de amplio espectro (es decir, eliminan a casi todas las plantas, excepto aquellas tolerantes a dichos herbicidas) y de menor efecto residual que los herbicidas tradicionales. Además, los cultivos tolerantes a glifosato facilitan la siembra directa (y el doble cultivo trigo soja), con los consecuentes beneficios económicos y ambientales derivados de esta práctica.

En las plantas, la enzima 3-enolpiruvilshiquimato-5-fosfato sintasa (EPSPS) es clave para la síntesis de los aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina, triptófano). Esta enzima sólo está presente en plantas y microorganismos, y ausente en animales y humanos. En la década del ‘70 se descubrió que el glifosato podía inhibir a la enzima EPSPS, impidiendo la producción de aminoácidos aromáticos. Su poder herbicida radica en que los aminoácidos son esenciales para la síntesis proteica, y ésta a su vez es fundamental para el crecimiento y las funciones de las plantas. Las plantas tolerantes a glifosato tienen el gen epsps de la cepa CP4 de la bacteria del suelo Agrobacterium tumefaciens. Como la enzima EPSPS producida en esta cepa bacteriana no es afectada por el glifosato, su introducción en el genoma de las plantas las vuelve tolerantes al herbicida. Uno de los nombres comerciales del glifosato es “Roundup”, por eso, quienes desarrollaron esta tecnología denominaron a los cultivos tolerantes al glifosato “Roundup Ready”, o RR.

Las autoridades regulatorias alrededor del mundo así como expertos independientes concuerdan en que el glifosato posee baja toxicidad aguda, no es genotóxico (no provoca daños ni cambios en el material genético), no es cancerígeno, no es teratogénico (no afecta el normal desarrollo embrionario; no provoca malformaciones), no es neurotóxico (no afecta el sistema nervioso), no tiene efectos sobre la reproducción, incluso a altas dosis. Esto se basa en cientos de estudios en modelos animales aceptados, con metodologías validadas y bajo buenas prácticas de laboratorio.

Ejemplos de cultivos transgénicos tolerantes a herbicidas disponibles comercialmente en la actualidad son: A) soja; B) maíz; C) algodón; D) canola; E) remolacha azucarera; F) Alfalfa

3.- Cultivos resistentes a virus

La biotecnología ofrece alternativas que permiten insertar en las plantas genes que codifican la proteína de la cubierta de los virus (cápside), los cuales al ser transferidos mediante métodos de ingeniería genética en las plantas expresan la proteína y confieren la resistencia. Otros métodos incluyen tecnología “anti-sentido”.

Ejemplos de cultivos transgénicos con la característica de resistencia a virus disponibles comercialmente son la papaya hawaiana resistente al virus de la mancha anillada (que casi destruyó a la industria de la papaya en la isla durante la década de 1990,  una variedad de zapallo italiano (zucchini) en Estados Unidos, y un poroto carioca resistente al virus del mosaico dorado en Brasil.

4.- Cultivos con oxidación retardada

De acuerdo a la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), anualmente se pierden hasta un tercio de los alimentos antes de que lleguen a ser consumidos,  lo cual equivale a 1.3 mil millones de toneladas de comida. Estas pérdidas en alimentos cuestan unos 680 mil millones de dólares en los países industrializados y 310 mil millones de dólares a los países en desarrollo anualmente. Para reducir este problema, la FAO recomienda sistemas de producción sostenible de alimentos y que las medidas para la reducción de pérdidas sean ambientalmente amigables y que fomenten seguridad alimentaria y nutricional. En este sentido, la biotecnología y los cultivos transgénicos ya han hecho un aporte significativo desde que inició su comercialización en 1996, mediante los cultivos Bt y tolerantes a herbicidas que aumentaron los rendimientos al evitar pérdidas por plagas y malezas.

Sin embargo, hay cultivos transgénicos diseñados para una oxidación retardada después de ser cortado, evitando su pérdida por descarte a la basura, que llegaron al mercado norteamericano después de 2015. Este es el caso de la papa Innate, que se modificó silenciando 4 genes para hacerla resistente al pardeamiento y los machucones al silenciar la enzima polifenol oxidasa, y además, forma 70% menos de acrilamida (un potencial cancerígeno que se produce al calentar almidón a altas temperaturas. Una segunda generación de esta papa que suma resistencia al problemático hongo del tizón tardío, tolerancia a temperaturas más bajas durante el almacenamiento y reduce la formación de acrilamida hasta un 90% , llegó al mercado norteamericano en 2016.

Siguiendo este mismo objetivo, desde 2015 se comenzaron a aprobar en Estados Unidos y Canadá, eventos de la manzana Arctic, también modificada para silenciar la enzima polifenol oxidada y así ralentizar el proceso de pardeamiento pos cortado del fruto.

Izquierda: Papa Innate y su homólogo convencional 10 horas después de ser cortadas.Imagen: Biofortified.org | Derecha: Manzana Arctic y su par convencional 12 horas después de ser cortadas. Imagen: Arcticapples.com

5.- Cultivos tolerantes a sequía o déficit hídrica

Un rasgo agrícola de alto interés a nivel agrícola es el de tolerancia a condiciones de escasez de agua y sequía, un problema de mayor magnitud a medida que avanza el cambio climático. A nivel biotecnológico se han planteado o realizado experimentalmente diversas estrategias, como cambios en el crecimiento y la arquitectura de las raíces, el cierre de los estomas en las hojas y el avance de la fase reproductiva, o manipulación de algunas fitohormonas son algunos de los ejemplos.

A nivel comercial, el primer cultivo transgénico tolerante a sequía es un maíz (DroughtGard™) se comenzó a sembrar en Estados Unidos el año 2013; este maíz contiene el gen de la «proteína B de choque frío» ( cspB ) de la bacteria Bacillis subtilis, la cual actúa como chaperona de moléculas de ARN, ayudando a mantener un rendimiento fisiológico normal durante eventos de estrés (como sequía) al unirse y desplegar moléculas de ARN enredadas para que puedan funcionar normalmente.

En 2019 se comenzó a sembrar comercialmente una variedad de caña de azúcar transgénica, que produce 20-30% más bajo condiciones de sequía. La caña de azúcar NXI-4T contiene el gen de la betaína y fue desarrollado por la compañía estatal de azúcar de Indonesia, PT Perkebunan Nusantara XI (PTPN XI). El gen betA, clonado a partir de la bacteria Rhizobium meliloti y de Escherichia Coli, expresa un compuesto osmoprotector que se introdujo mediante transformación por Agrobacterium. El cultivo GM se desarrolló a través de los esfuerzos de colaboración de PTPN XI con la Universidad de Jember (Indonesia) y la compañía japonesa Ajinomoto.

En Argentina se aprobó comercialmente una soja tolerante a sequía en 2015, la cual fue desarrollada por la empresa local Bioceres con el gen HB4 proveniente del girasol, en base a investigaciones de la Universidad Nacional del Litoral. También cuenta con la aprobación para cultivo en Estados Unidos, Canadá, Brasil y Paraguay, lo que representa el 85% del área mundial. Está pendiente de su autorización para importar en China, el principal comprador de soja a nivel mundial.

La misma empresa logró la aprobación comercial del primer trigo transgénico del mundo, con la misma tecnología HB4 para tolerancia a sequía, mostrando un rendimiento promedio de 20% mayor por sobre variedades convencionales bajo condiciones de sequía, y hasta 49% más en situaciones de crecimiento deficientes.

6. Potencial de la biotecnología aplicada al mejoramiento de plantas

Maduración retardada

Con el retraso en la maduración de los frutos es posible almacenarlos por más tiempo o reducir las pérdidas durante el transporte. El retraso en la maduración también minimiza la pérdida de vitaminas de algunos alimentos antes de que lleguen al consumidor. La tecnología de retraso de la maduración, desarrollada inicialmente para los tomates, se ha aplicado también a otros cultivos como fresas, frambuesas, cerezas, melones, banana, ananá, pimientos, papaya, coliflor y brécol. Hasta el momento ninguno de estos desarrollos ha sido liberado al mercado.

Mejor sabor

La modificación del sabor podría tener beneficios indirectos para la salud al aumentar el consumo de frutas y verduras. Para ello se trabaja en el estudio de ciertas enzimas vegetales llamadas lipooxigenasas, involucradas en la defensa de la planta. Algunas de esas enzimas también contribuyen al sabor agradable de frutas y verduras, mientras que otras son responsables del “sabor rancio” que se produce en las verduras congeladas que no han sido sometidas a un corto calentamiento a alta temperatura antes de su congelado. La modificación de los enzimas podría mejorar tanto los sabores como los aromas.

Frutas más dulces sin azúcar adicional

Se han producido cultivos más dulces (por ejemplo, lechugas y tomates) al transferirles genes de los edulcorantes proteicos naturales, la monelina y la taumatina. Los genes de ambas proteínas provenían originalmente de plantas tropicales. La taumatina es 3.000 veces más dulce que el azúcar. Hasta el momento no hay productos de este tipo en el mercado.

Cultivos como biofábricas de fármacos

Existen desarrollos en alfalfa, maíz, arroz, tabaco, banana y papa como fábricas biológicas que producen fármacos, vacunas y plásticos. Varias ya llegaron a fase de pruebas de campo. Estas plantas deberán ser cultivadas en confinamiento y ser procesadas separadamente de las plantas comunes. La industria farmacéutica deberá extraer y purificar las proteínas recombinantes. Estos compuestos deberán pasar por todas las fases de análisis requeridas por cualquier otro fármaco para su aprobación y posterior comercialización.

Resistencia a hongos y bacterias

Aparte de los virus, hongos y bacterias también producen reducciones importantes en la producción, además de afectar de manera adversa la calidad de los cultivos. Los cultivos resistentes a plagas y enfermedades tienen un enorme potencial de reducir el empleo de compuestos agroquímicos. Para los trabajadores agrícolas esta reducción en el uso de plaguicidas se traduce en beneficios para su salud derivados de una reducción del contacto o del riesgo de inhalación de plaguicidas durante su aplicación.

Tolerancia a estreses bióticos

Este tipo de tolerancia permite obtener cultivos capaces de desarrollarse en sitios desérticos, con altas concentraciones de sal y bajas o altas temperaturas.

Por ejemplo, las plantas contienen compartimentos denominados vacuolas, donde es posible colocar el exceso de sal para que no se afecte el funcionamiento del resto de la célula. La biotecnología permite que las células depositen la sal en estas vacuolas a través de la inserción de genes que codifican una proteína encargada de bombear la sal de las partes de la célula a la vacuola. Productos que se encuentran en desarrollo son un tomate tolerante a heladas, maíz, soja y trigo tolerante a sequía.

Cambios aplicados a plantas ornamentales

La producción de plantas ornamentales demanda mejoras que tienen que ver no solo con la sanidad vegetal sino también con la disponibilidad de nuevos colores, tamaños, cambios en la arquitectura floral, etc. Ya existe en el mercado una rosa y clavel de color azul. También se han desarrollado  petunias con un amplio rango de pigmentación, claveles con senescencia retardada, flores con modificaciones estructurales, por ejemplo con mayor número de pétalos.

Mejora nutricional

La biotecnología permite aumentar los contenidos vitamínicos de ciertos cultivos. Por ejemplo, el arroz es fortificado con un precursor de la vitamina A (β-caroteno) para contribuir a solucionar la deficiencia de esta vitamina que causa ceguera en niños.

Los investigadores insertaron al arroz un gen precursor de la vitamina A y modificaron la ruta de síntesis del β-caroteno con dos genes procedentes de otras especies.

Otro grano que ha recibido una mejora en su contenido nutricional es el maíz, que gracias a la modificación genética cuenta con un mayor contenido de vitamina E. Este maíz posee un gen de cebada que incrementa seis veces el contenido de vitamina E, un poderoso antioxidante que favorece la respuesta inmune. Adicionalmente, existe un maíz con mayor contenido de lisina, uno de los 9 aminoácidos esenciales para los seres humanos (se considera esencial porque no es sintetizado por las células humanas, y por tanto debe ingerirse con la dieta).

Por su parte, se ha modificado un tomate para que produzca una mayor contenido de folato. A este tomate se le transfirió un gen bacteriano para la producción del precursor del ácido fólico (Vitamina B12), cuya deficiencia se asocia con anemias.

La yuca es un alimento básico para millones de personas en el África subsahariana, América del Sur y algunas partes de Asia. La raíz de yuca, es rica en hidratos de carbono y almidón, pero baja en proteínas y vitaminas. Científicos han desarrollado un mecanismo para fortalecer la yuca con suficientes proteínas, vitaminas y minerales para proporcionar un alimento lo suficientemente nutritivo.

Los investigadores han desarrollado también variedades de yuca que producen menos cianógenos, compuestos que pueden desencadenar la producción de cianuro, yucas con más contenido de hierro y zinc, y carotenoides y terpenoides buscando fortalecer la planta con vitaminas A y E.