¿Qué es la tecnología CRISPR y cómo puede llevar a la agricultura al siguiente nivel?

Por años, la discusión en torno a la genética en la agricultura se centró en el uso de Organismos Genéticamente Modificados (OGM) y transgénicos. Y con esto llegó la controversia sobre la seguridad y los procesos utilizados para modificar los cultivos genéticamente. A pesar del consenso científico de que los OGM son seguros, el debate continúa.

Pero, como es a menudo el caso, la ciencia marcha hacia adelante y los nuevos avances de la genética llamada CRISPR/Cas9 promete reemplazar a los OGM. La tecnología está generando titulares y seguramente hará más en el futuro.

La técnica, la cual fue descubierta en 2012 por Jennifer Doudna, una bioquímica de la Universidad California, Berkeley, y Emmanuelle Charpentier, una microbióloga del Instituto Max Planck de Biología de la Infección, es altamente técnica para describirla. En términos sencillos, permite que el ADN se edite, desactivando los resultados indeseables a nivel genético. Los rasgos deseables también se pueden agregar a nivel celular.

CRISPR es la abreviatura de “en inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats, en español repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas.” La tecnología se deriva de la antigua batalla entre virus y bacterias. Los virus atacan a las bacterias y las toman. A veces las bacterias sobreviven a un ataque, y cuando lo hacen, guardan una copia del ADN del virus. El ADN viral se guarda en la parte de la bacteria llamada CRISPR. Cuando el virus ataca a las bacterias de nuevo, las bacterias arman la proteína Cas9 con la porción de ADN viral. La proteína Cas9 se mueve a través de la célula buscando el ADN viral atacante. Cuando encuentra el ADN viral coincidente, el Cas9 esencialmente corta el ADN viral, haciéndolo ineficaz.

“Una de las principales ventajas de la tecnología CRISPR/Cas9 es que un gen puede ser eliminado”, dice el Dr. Wayne Hunter, un entomólogo de investigación en el Laboratorio de Investigación de Horticultura del USDA en Fort Pierce. “Por lo tanto, si un gen produjera normalmente una toxina o una proteína alérgica, la planta ya no sería capaz de producir esa proteína. Además, dado que no se añadiría material genético adicional, la planta no sería transgénica “.

Y el proceso puede ser implementado rápidamente. En un artículo del New York Times, el genetista Bruce Conklin dijo de la tecnología: “En el pasado, para cambiar un gen, era un estudio completo de una tesis de doctorado”. CRISPR ha dejado eso en el pasado.

No solo es una técnica mucho más rápida que el mejoramiento convencional, es también muy versátil. El enfoque ha funcionado en casi todos los tipos de células que se han probado hasta el momento, animal y vegetal.

Y para comprender la tasa en la que los investigadores están estudiando CRISPR/Cas9, apenas hubo publicaciones científicas sobre la tecnología en 2012. Pero 2014 hubo más de 225 publicaciones.

Decir CRISPR / Cas9 es tan revolucionario como Internet o el teléfono inteligente es un eufemismo. Los científicos están estudiando aplicaciones para combatir el cáncer y ya han demostrado que con tecnología se puede eliminar el VIH de las células humanas infectadas. La tecnología viene con preguntas éticas también, del cómo puede beneficiar a los seres humanos en el futuro. La idea de diseñar bebés con enfermedades reducidas vinculadas a genes defectuosos, o el potencial para retardar o revertir el proceso de envejecimiento puede ser posible un día usando CRISPR/Cas9. Se están investigando muchas más aplicaciones en salud humana, animales y plantas.

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Aplicaciones para la agricultura

Hunter añade que las aplicaciones potenciales de la tecnología CRISPR/Cas9 a los problemas agrícolas son infinitas.

“CRISPR/Cas9 permite una edición altamente selectiva a nivel de genes”, dice. “Con la tecnología, surge la necesidad de que los investigadores comprendan las vías biológicas, sus componentes (genes) y las funciones genéticas”.

Con este entendimiento, el científico puede dirigirse a cosas como la vulnerabilidad a las enfermedades, o incluso tomar la amargura de un trozo de fruta.

“Trabajando en cultivos celulares, se pueden producir nuevas variedades de plantas, que tienen toxinas reducidas o sin proteínas amargas ya que pueden ser eliminadas”, dice Hunter. “Dado que la tecnología funciona en la etapa embrionaria, todas las plantas subsiguientes propagadas a partir de la nueva variedad también seguirán teniendo el rasgo seleccionado (no amargo), siendo permanente como lo que ocurre en las mutaciones naturales de genes a través del fitomejoramiento tradicional”.

El Dr. Nian Wang, profesor asociado de microbiología del Centro de Investigación y Educación de Cítricos UF/IFAS en Lake Alfred, está usando CRISPR/Cas9 para intentar crear variedades de cítricos no transgénicas resistentes o tolerantes al HLB.

Wang comenzó a usar CRISPR/Cas9 en 2013 para desarrollar variedades resistentes al “cancro de los cítricos” y comenzó la investigación HLB en 2015.

“Somos los primeros en adaptar la tecnología a los cítricos”, dice. “Hemos identificado los genes críticos implicados en el desarrollo de síntomas HLB. Vamos a mutar los genes implicados en el desarrollo de los síntomas para detener su desarrollo “.

Agrega que el enfoque de CRISPR/Cas9 ha avanzado muy rápidamente desde su descubrimiento en 2012. Y el hecho de que los nuevos árboles desarrollados con la tecnología no sean OGMs acelerará el proceso de aprobación.

“Los cítricos no transgénicos se pueden comercializar en un tiempo muy corto (quizás menos de dos a tres años)”, dice Wang. “Como los árboles no contienen ADN extraño, la desregulación es bastante simple”.

En el USDA, Hunter está trabajando en un “sistema CRISPR/Cas9 ingerible” dirigido a eliminar un gen en el psílido para que no pueda adquirir o transmitir HLB. Este sería un enfoque no transgénico que eliminaría un gen nativo en el sistema digestivo del psílido. El producto podría aplicarse cada primavera durante varias generaciones de Psílidos (Diaphorina citri) para que la plaga ya no pueda transmitir las bacterias HLB.

“Otro enfoque es eliminar un gen inmune bacteriano en el Psílido, por lo que cuando los Psílidos están infectados con bacterias (más de 10 especies de bacterias se sabe que habitan Psílidos), la infección bacteriana – incluso bacterias HLB – abrumarían el sistema inmune del Psílido y causaría la muerte”, dice Hunter.

Además de Hunter y Wang, hay un número de científicos que trabajan en la tecnología CRISPR/Cas9 y su entrega para dirigirse a las bacterias de Psílidos o HLB. La tecnología CRISPR/Cas9 ha sido llamada una cambiadora del juego, y los productores de cítricos esperan que demuestre ser así en la lucha contra HLB.

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Cultivos genéticamente modificados vs. CRISPR/Cas9

En comparación con la ingeniería genética convencional, el sistema CRISPR/Cas9 tiene varias características únicas en el mejoramiento de los cultivos:

  • Se realizan cambios genéticos en genes específicos en localizaciones nativas del genoma.
  • Las plantas de cultivo mejoradas por CRISPR/Cas9 pueden estar libres de ADN extraño, haciéndolas comparables con las desarrolladas por métodos convencionales de mejora de mutaciones, tales como tratamiento químico o irradiación física, en términos de genética.
  • Si los genes extranjeros deben ser introducidos, se integrarán en lugares genómicos que son cuidadosamente elegidos y se sabe que tienen un mínimo o ningún efecto negativo en otros genes.
  • Se ha demostrado que el direccionamiento de múltiples genes en un solo experimento es factible en varias especies, permitiendo manipular rasgos que implican múltiples genes.

Potencial ilimitado

La investigación de CRISPR/Cas9 está proliferando en otros cultivos también. Hay una papa que durará más tiempo en el almacenamiento en frío y producirá menos de un carcinógeno sospechoso cuando se esté friendo. Hay un hongo que ha sido editado para reducir su oscurecimiento. Para todas estas creaciones de CRISPR/Cas9, USDA ha optado por no regularlas como lo ha hecho con los cultivos GMOs. La agencia ha indicado que considera que el enfoque CRISPR/Cas9 está más en línea con las prácticas tradicionales de mejoramiento de las plantas porque no se introducen ni ADN ni proteínas extrañas, por lo que no necesitan regulación alguna.

Y, la capacidad de la tecnología para suprimir o mejorar los rasgos parecen ilimitadas. Las plantas pueden ser editadas para la resistencia a enfermedades, insectos y sequías. La fotosíntesis mejorada puede ser diseñada en plantas. El ganado se puede mejorar con la tecnología. De hecho, se está probando ahora para luchar contra la peste porcina africana, que es una enfermedad devastadora que afecta a las pequeñas explotaciones agrícolas de África.

Aunque CRISPR/Cas9 es un proceso complejo de visualizar, en el mundo de la ciencia, es notablemente elegante, simple, repetible y rápido, abriendo un mundo de posibilidades para el futuro de la agricultura y el reto de alimentar a 9 mil millones de personas en 2050. Es una herramienta poderosa que debe ser tratada éticamente y con respeto.

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