Desde el maíz al ganado, la edición de genes está por cambiar drásticamente la agricultura

La agricultura ha pasado por muchos cambios durante el último siglo. Producimos más alimento que nunca, pero nuestro modelo actual es insostenible, y a medida que la población mundial se acerca rápidamente a la marca de los 8 mil millones, los métodos modernos de producción de alimentos requerirán de una transformación radical si es que quieren mantenerse al ritmo. Sin embargo, por fortuna, hay una serie de nuevas tecnologías que lo pueden hacer posible. En esta serie, exploraremos algunas de las soluciones innovadoras en las que están trabajando agricultores, científicos y emprendedores, para asegurarse de que nadie sufra hambre en nuestro cada vez más sobrepoblado mundo.

El maíz no es el cultivo más atractivo, pero es uno de los más importantes. Es el grano más abundante en la tierra, y se usa en el mundo tanto como alimento y como biocombustible. En tiempos antiguos, los Mesoamericanos prosperaron gracias a éste, y también se batieron en guerras por él. Sus mitos aseveraban que el maíz era la materia con la cual los dioses crearon a la humanidad misma.

Y así como el maíz ayudó a crear estas civilizaciones, estas civilizaciones a su vez, ayudaron a crear al maíz a través de un meticuloso mejoramiento selectivo. El grano de hoy en día a penas se asemeja a sus ancestros. Comparado con la planta silvestre cultivada por primera vez por los antiguos Mexicanos, hace unos diez mil años atrás, el maíz moderno es un supermutante.

Aun así, después de todos esos miles de años de cultivo, se sabe que son tan solo dos, los principales genes implicados en la evolución del maíz que comemos hoy. El mejoramiento selectivo es tediosamente lento e impreciso.

Pero todo eso está por cambiar.

Las nuevas herramientas de edición genética como el CRISPR/Cas9 (“Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas” del inglés “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”) permiten a los científicos hoy en día decodificar los genomas, hacer incisiones precisas, e insertar los rasgos deseados en plantas y animales. traducido por agriculturers.com. Pronto tendremos maíz con rendimientos de cosecha más altos, champiñones que no se vuelven marrón, cerdos con más carne, y ganado resistente a enfermedades. Cambios que comúnmente toman años, décadas, o incluso siglos, ahora se pueden hacer en tan solo meses. En los próximos cinco años posiblemente estarás comiendo tortillas hechas de maíz editado. Para el 2020 posiblemente estarás bebiendo leche de una vaca editada.

Estos avances científicos en edición de genes, denominados la “Revolución CRISPR”, tienen un potencial enorme que muchos expertos aseguran, podrían ayudar a fortificar nuestro sistema alimentario, y ayudar a los agricultores que están cada vez más amenazados por la escasez de alimentos, causada en parte por el cambio climático.

Pero no todos están seguros. Más allá de las contenciosas batallas legales que han complicado excesivamente a la ciencia del CRISPR, y que han puesto en cuestión, el quien puede o no puede usar la tecnología, algunos defensores de los derechos del consumidor, piensan que estas herramientas serán usadas para mantener el status quo de una industria fundada principalmente sobre el lucro de las grandes corporaciones. traducido por agriculturers.com. Por otro lado, la preocupación que aún queda sobre los organismos modificados genéticamente (OMG) puede influir sobre la percepción pública de los organismos editados genéticamente, conduciendo a los consumidores hacia el pasillo de los alimentos “orgánicos” a pesar de la evidencia científica.

¿Qué es la edición de genes?

La edición de genes es, de forma simple, el acto de realizar cambios intencionales en el ADN, de manera de crear un organismo con una característica o características específicas. Es como usar un procesador de texto para editar palabras en una frase. Los genetistas insisten en no confundirlo con la modificación genética (también conocida como la ingeniería genética), que introduce nuevos genes de diferentes especies, de forma de conseguir las características deseadas. La diferencia puede sonar trivial, pero los expertos dicen que podría ayudar a calmar las preocupaciones asociadas a los OMG.

Considera este ejemplo. Tenemos una frase, “El gato tiene un sombrero”, pero queremos ser más descriptivos sobre el color del sombrero. Con la modificación, tomaríamos prestada la palabra del alemán que significa negro, y escribiríamos, “el gato tiene un sombrero schwarz”. La frase tiene algo de sentido, pero es obvio que para algunas personas podría ser problemática, e incluso podría considerarse como un uso impropio del lenguaje. traducido por agriculturers.com. Con la edición, no tenemos que tomar palabras de otros idiomas, solo tenemos que insertar la palabra en castellano y escribir, “el gato tiene un sombrero negro”.

“En el sistema tradicional anterior, los científicos estaban insertando genes de otras especies en una planta para conferirle una característica en particular”, informó a Digital Trends, Rachel Haurwitz, cofundadora de Caribou Biosciences. “Eso no es a lo que estamos apuntando. Estamos buscando usar la edición génica por medio de CRISPR para lograr los mismos resultados que podemos alcanzar con el sistema de mejoramiento tradicional, pero mucho más rápido”.

Esta facultad de poder editar genes con tal velocidad y precisión, es relativamente nueva, y se debe en gran parte a CRISPR, la que surgió directamente desde la naturaleza para transformarse en la herramienta de edición de genes más popular y poderosa usada hoy en día. Descubierta en bacterias a fines de los ochenta, no fue sino hasta el 2005 que los investigadores comenzaron a desentramar su rol. Los científicos encontraron que cuando ciertas bacterias eran atacadas por virus, utilizaban enzimas especiales para cortar, copiar, y guardar un poco del ADN viral. Luego, si el intruso volvía, la bacteria podría reconocerlo rápidamente y reaccionar para defenderse.

Unos pocos años después, los investigadores se dieron cuenta de que este sistema podría ser usado para cortar y editar el ADN de cualquier organismo, no solo de virus. El 2012, Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier publicaron el primer paper mostrando cómo se podía usar CRISPR para editar el genoma de un organismo.

Esta técnica no solo es más barata, rápida, y más precisa que la modificación genética convencional, sino que además remedia muchos (si es que no todos) los problemas planteados por los escépticos, cuyas principales preocupaciones apuntan hacia la creación de organismos “transgénicos”.

Sin embargo, mientras que la modificación genética involucra la combinación de ADN de varias especies, la edición de genes implica una alteración del ADN de una sola especie, con una característica que ya existe de forma natural.

“La edición génica no se trata de tomar el ADN de una especie diferente e introducirlo a una planta”, asegura Haurwitz. “Se trata más bien de trabajar dentro de los límites del genoma de la misma planta”.

Tan solo cuatro años atrás, Haurwitz fundó Caribou como un derivado del laboratorio de Doudna de la Universidad de California, Berkeley. traducido por agriculturers.com. Desde entonces, su equipo se ha asociado con empresas de todo el mundo, proveyendo licencias para el uso de la versión de la herramienta de edición génica de su empresa. Una de esas asociaciones podría llevar al mercado al primer organismo editado por CRISPR a través de DuPont Pioneer, una de las empresas químicas más grandes del mundo.

Cultivos

El día previo a Halloween del 2015, Yinong Yang entregó una carta al Servicio de Inspección de Salud Animal y Vegetal (APHIS) del Departamento de Agricultura de los EE.UU. (USDA) titulada “¿Estoy Regulado?”. Él y sus colegas de la Universidad del Estado de Pensilvania usaron CRISPR para silenciar un gen en champiñones comunes que los hace ponerse marrones con el tiempo. Sin el gen que provoca la coloración marrón, los champiñones lucen mejor y perduran por más tiempo, y Yang quería saber si sus champiñones podrían salir legalmente al mercado.

La primavera siguiente, la respuesta del departamento resonó a lo largo de la comunidad científica y la comunidad agrícola. “APHIS no considera al champiñón común editado mediante CRISPR/Cas9… regulado”, anunció en una carta abierta.

El último año, investigadores en DuPont Pioneer, la rama agrícola del multimillonario conglomerado DuPont, publicó un estudio sobre una cepa de maíz diseñado mediante CRISPR para ser más resistente a la sequía. Es uno de varios cultivos modificados por CRISPR que pronto podrán ver el mercado.

Fue una decisión que sentó un hito. Los champiñones de Yang fueron los primeros alimentos editados genéticamente liberados para uso comercial por la USDA, que hizo una distinción clara entre la modificación genética y la edición génica, y sentó un precedente para los desarrollos futuros.

Unos pocos años después, DuPont -la cuarta corporación de químicos más grande del mundo- recibió una respuesta similar del USDA respecto de su maíz cera editado mediante CRISPR resistente a enfermedades y tolerante a la sequía. DuPont no perdió tiempo, y anunció planes para llevar sus plantas al mercado dentro de los próximos cinco a diez años.

“El USDA ha anunciado que estos productos no caen dentro de su área de acción, ya que su área de acción se centra realmente en patógenos vegetales o malezas nocivas”, aseguró Haurwitz, cuya empresa provee a DuPont la tecnología CRISPR. traducido por agriculturers.com. “Al mismo tiempo, estamos esperando que el FDA haga un anuncio mientras están revisando su propia área de acción para superentender la cadena completa de suministros alimenticios, no solo productos hechos mediante biotecnología moderna, y creo que están buscando a miembros de las comunidades científica y de negocios para sopesar verdaderamente el tema durante los próximos meses”.

A diferencia de la mayoría de los champiñones comunes, éstos no se ponen marrón ni desarrollan defectos al ser manipulados. Este rasgo no ocurre de forma natural, ocurre porque el gen que provoca el pardeamiento de los champiñones, fue removido selectivamente por medio del método CRISPR/Cas9. (Foto: Yang Lab)

Por parte de Yang, él pretende mejorar sus champiñones antes de hacerlos disponibles comercialmente. Aunque no sea necesario legalmente, planea buscar aprobación de la Administración de Alimentos y Fármacos (FDA) y de la Agencia de protección Ambiental (EPA).

EL maíz cera editado podría hacerse camino hacia el sistema alimentario más pronto que los champiñones. Si no para alimentación humana, entonces como forraje para la alimentación de ganado en el mundo. Mientras tanto, este ganado también está siendo sujeto de ediciones genéticas ya que los investigadores están haciendo uso de las mismas herramientas, para hacer a los animales más sanos, más carnosos, y más productivos.

Ganado

Los cerdos albergan muchas enfermedades y hay pocas enfermedades tan terribles como el síndrome reproductivo y respiratorio porcino (PRRS). La enfermedad provoca abortos en las cerdas embarazadas y hace que los lechones tengan dificultad para respirar. traducido por agriculturers.com. Es un problema para los granjeros de cerdos también. Cada año, el virus del PRRS cuesta a la industria cerca de $1,6 mil millones de dólares en Europa y otros $664 millones en los EE.UU.

“Los impactos de la enfermedad son devastadores para los productores”, afirma Jonathan Lighter, Ejecutivo Científico en Jefe de la empresa de biotecnología Genus. “Y los impactos en los animales son terribles también”.

Pero Lighter y su equipo están trabajando en una solución. En diciembre del 2015, científicos de Genus y del instituto Roslin de la Universidad de Edimburgo, mostraron como CRISPR podría remover la molécula CD163, un pasaje por el cual el virus del PRRS infecta a los cerdos. Tan solo el último mes, los investigadores refinaron su trabajo para remover solo la porción del gen que interactúa con el virus. traducido por agriculturers.com. Las pruebas de laboratorio, publicadas en un paper en la revista PLOS Pathogens, han demostrado que el ADN de células extraídas de estos cerdos, resistieron exitosamente al virus. Los próximos pasos en el estudio serán probar si es que los cerdos mismos son resistentes al virus.

Los puercos son también objeto de investigación en la Universidad Nacional de Seúl en Corea del Sur, donde científicos liderados por Jin-Soo Kin están usando una herramienta de edición de genes diferente, llamada TALEN, para crear cerdos más carnosos con “doble músculo”, al remover un gen que inhibe el crecimiento muscular. “Podríamos hacer esto a través de mejoramiento selectivo” dijo Kin a Nature el 2015, “pero tomaría décadas”.

De hecho, algunos granjeros han desarrollado características similares en el Blues Belga a través de mejoramiento selectivo, un tipo de vacuno súper muscular que es valorado por su carne magra y su contextura carnosa. Tomó más de cien años el sentar esos rasgos en el espécimen.

Investigadores de la Universidad de California Davis, y un emprendimiento llamado Recombinetics, están usando la misma técnica de edición, TALEN, para acortar décadas en días, al remover el gen de los cuernos en vacas lecheras comunes, e insertando el gen que hace al ganado Angus naturalmente descornado. El ganado descornado es deseable puesto que representa un riesgo menor para la gente que los manipula y para otros animales. Pero como explica Tad Sonstegard, Ejecutivo Científico en jefe de Acceligen (una subsidiaria de Recombinetics), el ganado descornado en algunas variedades es menos productivo.

La edición de genes tipo CRISPR/Cas9 ha permitido a los científicos no solo producir vacas sin cuernos, sino también vacas que son inmunes a enfermedades comunes como la tuberculosis. (Foto: Gregory Urquiaga/UC Davis)

“El problema es que los mejores toros (de lechería), que todos quieren, tienen cuernos”, asegura Sonstegard. “Los animales descornados que ya existen tienen una diferencia de alrededor de $250 durante su tiempo de vida. Si manejas una operación de mil cabezas, es mucho dinero”.

Lo que muchos granjeros hacen, en cambio, es descornar a su ganado, una práctica estresante cuando se usa anestesia, y dolorosa cuando no se usa, siendo de todas maneras significativamente costosa para los granjeros.

“Si pudiéramos integrar el fenotipo descornado en las lecherías, eso eliminaría el descornado de al menos siete u ocho millones de animales por año”, asegura Sonstegard. “Si incluyes el ganado destinado a carne, se llega hasta quince millones”.

Recombinetics ha desarrollado ya un par de terneros genéticamente editados, que están siendo cuidados y monitorizados en UC Davis. traducido por agriculturers.com. Pero antes de que las vacas genéticamente editadas produzcan la leche de nuestras tiendas de alimentos, Sonstegard asegura que los científicos necesitarán probar que la leche de estas vacas es similar a las vacas no editadas. “Aunque eso sería simple”, afirmó, “acabaría siendo la misma”.

Salvando especies

A medida que la población mundial crece, también crece la demanda de alimentos. Mientras tanto, los agricultores del mundo enfrentan la escasez generada en parte por el cambio climático, que hace del cuidar de las plantas y los animales, una tarea cada vez más difícil.

Sin embargo, las herramientas tipo CRISPR podrían ayudar.

“Por el lado de las plantas, estamos buscando formas de mejorar plantas que sean más tolerantes a sequías o que puedan resistir mejor a los estreses del cambio climático”, asegura Haurwitz. traducido por agriculturers.com. “Creo que eso es increíblemente valioso e importante de cara a la explosión demográfica mundial”. Caribou también se asoció con Genus en su proyecto para el desarrollo de cerdos resistentes a PRRS.

Además de su trabajo en Recombinetics, Sonstegard participa de la junta científica asesora del Centro para la Genética y Salud del Ganado Tropical, una fundación de Bill Gates para mejorar la genética del ganado nativo en regiones tropicales. Las variedades de gando más productivas no pueden sobrevivir el calor o las enfermedades presentes en los ambientes tropicales, y las variedades nativas no tienen el mismo nivel de mejoramiento selectivo para generar ganado altamente productivo.

“La mayoría de los animales autóctonos no han pasado por un proceso de selección artificial estricto”, asegura Sonstegard. “Todo se ha hecho anecdóticamente, ya que la mayoría de los granjeros no tienen muchas vacas y sus sistemas no son tan grandes”. En la actualidad, la mayoría del nuevo ADN introducido a estos rebaños son sobras de semen de toros de países desarrollados, de acuerdo a Sonstegard. “Es barato”, dice, “y nadie en los países desarrollados lo quieren, así que lo exportan”.

Hay un par de enfoques para fortalecer a estas variedades nativas. Una forma podría ser editar el ADN de toros de variedades productivas, de manera que sean más tolerantes a altas temperaturas y resistentes a enfermedades en climas tropicales. traducido por agriculturers.com. Estos toros podrían ser introducidos en los rebaños nativos para reproducirse y difundir sus genes productivos. Otra forma consiste en editar genes del ADN de toros nativos que posiblemente mejoren la productividad del rebaño, incluyendo la producción de leche y el rendimiento de carne.

“La tendencia ahora en aquellos países es un crecimiento lineal del número de cabezas de ganado”, afirma Sonstegard, “porque no están mejorando la producción pero la demanda crece, así que simplemente reproducen más animales. Eso no es sostenible”.

Los investigadores están usando también CRISPR para salvar a especies en peligro. Este mes, algunos de los colegas de Sonstegard publicaron un paper demostrando que podían desarrollar gallonas sustitutas para ayudar a criar especies de aves en peligro. En Florida, por su lado, una enfermedad invasiva conocida como Huanglongbing está diezmando la icónica industria de naranjas del estado. Algunos científicos de la Universidad de Florida están usando CRISPR para desarrollar variedades de árboles de naranja inmunes a la enfermedad, de acuerdo al Tampa Bay Times.

El genetista Tad Sonstegard analiza perlas BovinaSNP50 en busca de datos genotípicos que decodifican el genoma de cada animal en más de 50.000 ubicaciones. Este tipo de datos son usados en la investigación en ganado para una serie de aplicaciones, desde selección genética, hasta el mapeo de defectos congénitos. (Foto USDA/Peggy Greb). traducido por agriculturers.com.

Alison Van Eenennaam, genetista de la UC Davis, que colabora con Recombinetics en la edición genética de vacas descornadas, es totalmente optimista sobre la herramienta, “Creo que puede ser usada para cosas muy útiles”, asegura. “En vez de preguntar por qué debiéramos usar la tecnología, debiéramos preguntar cómo”. Pero también es cuidadosa en no sobreestimar el potencial de la edición génica. Cuando se le pregunta sobre si la tecnología podría ser usada para enfrentar el hambre en el mundo, contesta, “tiendo a pensar que la idea es poliamorosa. Muéstrame algo que mágicamente pueda solucionar el hambre en el mundo. No vendamos la tecnología en demasía. Es útil, pero es útil para un propósito bastante discreto a este punto, que es efectuar ediciones a una secuencia (de genes) que sabemos que causa un efecto particular”.

Y por supuesto, CRISPR tiene sus escépticos. Stacy Malkan, codirectora de U.S. Right to Know (derecho a saber EE.UU.), una organización sin fines de lucro que hace un llamado a la transparencia y responsabilidad en el sistema alimentario, está preocupada por el riesgo inherente implicado en la edición génica, y sospecha que finalmente perpetúa un sistema alimentario ya desbalanceado.

“¿Será usado CRISPR principalmente para el patentamiento de alimentos que se ajusten a los ya existentes modelos de lucro de las grandes corporaciones?”, se pregunta, “por ejemplo, para diseñar cultivos commodity que toleren herbicidas, o diseñar ganado que se ajuste mejor a las insalubres operaciones de confinamiento de animales?, ¿o será usado para desarrollar alimentos que tengan beneficios para el consumidor?, ¿Habrá etiquetado y evaluaciones de seguridad?. Son muchas preguntas. traducido por agriculturers.com. Ahora mismo estamos escuchando mucho marketing y expectativas sobre los posibles beneficios de CRISPR, pero escuchamos las mismas promesas sobre la primera generación de OMG por décadas, y la mayoría de esos beneficios no se han extendido”.

Para científicos como Van Eenennaam, la discusión por los OMG está terminada. “Francamente”, dice, “estoy cansada del debate. Si alguien no se convence por la evidencia de que todas las principales sociedades científicas en el mundo dicen que son seguros, entonces nada los va a convencer”. En cuanto a los organismos editados genéticamente, la mayoría de los científicos son incluso más insistentes sobre su seguridad. “Realmente no hay mayor diferencia entre la edición génica y el mejoramiento convencional”, agrega Van Eenennaam.

Aun así, no hay un consenso completo. Malkan apunta a una entrevista que tuvo recientemente con Michael Hansen, científico senior de la Unión de Consumidores, en la que Hansen se refirió a herramientas de edición génica tipo CRISPR. “Éstos métodos son más precisos que los métodos anteriores, pero de todas maneras puede haber un ataque a objetivos no deseados e incurrir en efectos no buscados. traducido por agriculturers.com. Cuando alteras la genética de cosas vivientes, no siempre se comportan como uno lo espera. Esta es la razón del por qué es crucial estudiar los impactos en la salud y el medioambiente de forma rigurosa, aunque estos estudios no sean requeridos”.

Desde la perspectiva de Sonstegard, las mutaciones y los efectos no buscados ocurren de forma natural de todas maneras, y la edición de genes simplemente ofrece un enfoque más preciso que el mejoramiento selectivo.

Aun así, Malkan y otros tienen sus reservas basadas en la idea de que es todavía muy temprano para determinar los efectos secundarios. “CRISPR es una herramienta poderosa de investigación para ayudar a científicos a entender la genética, cómo reaccionan las células, y cómo reaccionan vegetales y sistemas completos”, afirma. “En mi opinión, estas tecnologías experimentales debieran ser mantenidas en el laboratorio, y no liberadas a nuestro sistema alimentario, hasta que esos sistemas sean mejor entendidos”.

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