CRISPR, microbios y otros se unen a la guerra en contra de las plagas

Los científicos de la agricultura miran más allá de la química sintética para combatir la resistencia a los pesticidas.

Lo primero que hace Broc Zoller cada mañana es revisar el pronóstico meteorológico. Durante los últimos cinco años, agricultores como él han luchado contra la sequía histórica que acecha a California. Ahora enfrentan el problema opuesto. En los primeros meses del 2017, ha llovido más de lo que llovió durante todo el año anterior en Kelseyville, donde Zoller cultiva uvas para vino y nueces, y arrienda tierra para agricultores de peras. Las húmedas condiciones han enlentecido la poda y ha atrasado la aplicación de agroquímicos para el control de ciertas especies de insectos clave en el invierno. Si las lluvias continúan a medida que llega la primavera, la combinación de calor y humedad podría inducir infecciones fúngicas y bacterianas. Para proteger sus cultivos, Zoller sospecha que tendrá que usar varios pesticidas convencionales.

Pero las opciones se están volviendo cada vez más escasas debido a la resistencia. La mancha de fuego, una enfermedad bacteriana que puede provocar llagas gangrenosas en los troncos de los perales, generalmente responde a los antibióticos, pero éstos químicos pueden dejar de funcionar si se usan excesivamente. Y la costra de pera, un hongo que deja lesiones marrones no visibles en la fruta, requiere de varios fungicidas durante la temporada de cultivo. Zoller, que trabaja también como un consejero de control de plagas, usa estos químicos tan solo una vez, antes de que empiecen a perder su efecto. “La resistencia se produce muy rápido”, asegura. traducido por agriculturers.com. “Uno espera que no hayan muchas lluvias para que lo que se tiene en el arsenal te permita pasar la temporada”.

La resistencia a pesticidas convencionales, por parte de insectos, malas hierbas o patógenos microbianos, es común en todas partes del mundo. CropLife International, una asociación radicada en Bruselas, apoya a esfuerzos que han permitido hallar 586 especies de artrópodos, 235 hongos, y 252 malezas con resistencia a al menos un pesticida sintético (ve “El surgimiento de la resistencia”). Y esos son tan solo los casos que los científicos han identificado y registrado formalmente.

Por varias décadas, la industria agroquímica se ha enfocado en sacar cada vez más químicos para reemplazar a los obsoletos. Pero para muchos cultivos, la cañería se está secando. La tasa de descubrimiento de pesticidas se “ha ido prácticamente a cero durante más o menos los últimos diez años”, asegura Sara Olson, una analista investigadora experta del Lux Research en Boston, Massachusetts, que se especializa en tecnologías de ingeniería. traducido por agriculturers.com. Los nuevos químicos son difíciles y caros de desarrollar, y una vez que se ponen en uso, las plagas logran desarrollar resistencia con facilidad, a menos que su aplicación sea administrada con cuidado.

Por lo que algunos científicos están buscando alternativas que permitan reducir o reemplazar a los pesticidas sintéticos. Están particularmente interesados en soluciones biológicas, que incluyen microbios, ingeniería genética, y biomoléculas. Incluso grandes empresas químicas han visto suficiente potencial como para invertir en el trabajo. Esto no significa el fin de los pesticidas sintéticos, sino que podría ayudar a disminuir y enlentecer la diseminación de la resistencia. Algunos enfoques también podrían ayudar a los agricultores a reducir costos, proteger a los trabajadores y complacer a un público que está cada vez más cauteloso con los químicos sintéticos.

“El surgimiento de resistencia a los pesticidas es un gran impulsor para buscar alternativas”, afirma Olson. “En mayor parte, no se trata de escoger entre las opciones químicas y biológicas u otras, es el reconocimiento de que se puede hacer mucho más en una forma matizada con algunas de estas herramientas”.

El surgimiento de la resistencia. El número de plagas (incluyendo insectos y especies vegetales) resistentes a al menos una forma de pesticida sintético ha ido incrementándose en forma sostenida por décadas, de la misma forma que los costos para el desarrollo de tales químicos.
El surgimiento de la resistencia. El número de plagas (incluyendo insectos y especies vegetales) resistentes a al menos una forma de pesticida sintético ha ido incrementándose en forma sostenida por décadas, de la misma forma que los costos para el desarrollo de tales químicos.

Ayudantes microbiológicos

Al comienzo del siglo veinte, una misteriosa epidemia estaba arrasando con los preciados gusanos de la seda en Japón. En 1901, el bacteriólogo Ishiwata Shigetane descubrió la causa, una bacteria del suelo desconocida, que fue hallada dentro de un gusano. Una década después, en la provincia alemana de Thuringia, el biólogo Erns Berliner halló la bacteria en orugas de la polilla de harina, una plaga común, y describió formalmente al verdugo de insectos, que denominó Bacillus thuringiensis (Bt).

Unas proteínas producidas por Bt perforan los intestinos de varias especies de insectos, y han sido usadas como un pesticida natural durante décadas. Los científicos han estado buscando desde entonces más microbios controladores de plagas. traducido por agriculturers.com. “No era un campo joven cuando yo era un estudiante de postgrado, casi 45 años atrás”, dice Roger Beachy, un biólogo vegetal y patólogo de la Universidad de Washington en St. Louis, Missouri.

Ahora los microorganismos se están posicionando dentro de la corriente principal de la industria de agroquímicos. El 2012, Bayer CropScience pagó una cantidad reportada de US$425 millones por AgraQuest, una empresa de biopesticidas establecida en Davis, California. Durante los últimos años, otras empresas multinacionales, como DuPont, Monsanto y Syngenta, también han invertido.

Beachy, quien fue un pionero en el desarrollo de cultivos genéticamente modificados, se ha inmerso en los microorganismos junto con Indigo Agriculture, un emprendimiento establecido en Boston. Los científicos de Indigo seleccionan microorganismos para aumentar los endobiomas de los cultivos, es decir, los microorganismos que viven dentro de los tejidos de las plantas, y los incorporan a un revestimiento que puede ser aplicado a semillas. traducido por agriculturers.com. Estos productos debieran permitir a los microbios colonizar la planta y ayudar a protegerla de distintos tipos de estrés ambiental como la sequía. El último año, la empresa levantó US$100 millones en financiamiento.

Indigo es muy hermética respecto de las cepas específicas que utiliza. No obstante, algunos agricultores ya han plantado las semillas revestidas de la empresa en 20.000 hectáreas de algodón, y 8.000 hectáreas de trigo en los EE.UU. No es mucho comparado con las 4 millones de hectáreas de algodón y las 21 millones de hectáreas de trigo que los agricultores plantaron en EE.UU. el 2016, pero sugiere que las personas están dispuestas a probarlo. Beachy, quien inicialmente ofició como el científico en jefe de la empresa y que preside aún el consejo científico, asegura que Indigo está buscando activamente agregar la ventaja de reducir la resistencia de plagas en sus revestimientos. “Esperaría que dentro de cinco años ya hayan algunos productos disponibles en el mercado”, dice.

Otras empresas están usando también microorganismos como pesticidas. Marrone Bio Innovations en Davis, cultiva microorganismos y los usa junto a los químicos que produce para controlar plagas. La empresa ha descifrado 18.000 genomas microbianos, y ha llevado 5 productos al mercado hasta el momento. Uno de sus microorganismos, una cepa de la bacteria Burkhalderia, produce varios tipos de químicos dependiendo de cómo se cultiva. Se utiliza para producir un insecticida y un nematocida (para el control de ciertos gusanos) y también podría producir un herbicida.

Burkholderia “tiene la maquinaria genética para hacer varias clases de compuestos”, afirma Pamela Marrone, la ejecutiva en jefe y fundadora de la empresa, posiblemente por cómo evolucionó para defenderse.

Históricamente, los agricultores han sido cautelosos con los biopesticidas, en parte porque los materiales son más complicados de usar que los sintéticos. Algunos se pueden degradar rápidamente al ser expuestos a la luz solar o al calor, por ejemplo. Y generalmente no son tan efectivos como los sintéticos, simplemente no dan el mismo golpe letal. traducido por agriculturers.com. Sin embargo, un reemplazo directo no es necesariamente el punto. En cambio, los biopesticidas pueden reducir el uso de químicos sintéticos, afirma Marrone. Los microorganismos “no tienen que funcionar tan perfectamente bien como los químicos, aunque algunos de los nuestros sí se acercan”, agrega. “Sin embargo, cuando son integrados, permiten obtener mejores rendimientos y calidad que cuando se usan solamente los químicos “.

Resistencia por CRISPR

La poderosa herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9 (del inglés para: Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas) le ha proporcionado nuevas habilidades a los científicos. Aunque las tecnologías anteriores, como aquellas que crean a los OMG al agregar genes nuevos, pueden matar directamente a los insectos o hacer a los cultivos inmunes al ataque de poderosos herbicidas, el diseñar genéticamente a los cultivos para resistir enfermedades siempre ha sido más complejo.

Una razón, es cómo los genes de resistencia a enfermedades están regulados en las células vegetales. “En la naturaleza, los genes de resistencia están por lo general ubicados en una secuencia muy apretada”, afirma Adam Bogdanove, un patólogo vegetal de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York. Si se vuelven muy activos, pueden dañar a la planta. traducido por agriculturers.com. Pero en los organismos MG convencionales, los científicos no pueden controlar en qué parte del genoma acaba el gen agregado, y los genes de resistencia a enfermedades pueden no expresarse correctamente si llegan al lugar equivocado. CRISPR es particularmente útil, dice Bogdanove, porque “te permite controlar la posición de la inserción, y por ende la expresión del gen”.

Bogdanove está usando una técnica para hacer arroz que es inherentemente resistente a la racha de la hoja bacteriana y a la roya, dos de las enfermedades más devastadoras del arroz. Su colaborador, Jan Leach, un patólogo vegetal de la Universidad del Estado de Colorado, en Fort Collins, está también experimentando con CRISPR y herramientas de edición de genes más viejas, para mejorar el sistema inmunológico de las plantas, y mejorar arroz que sea resistente a un amplio rango de enfermedades, no sólo una.

Los científicos están usando CRISPR con otros cultivos, particularmente con plantas que no fueron muy trabajadas en la revolución genética anterior, porque eran muy difíciles de modificar. Algunos investigadores en la Universidad de Rutgers en New Brunswick, New Jersey, están usando la técnica para hacer uvas de vino que frustren el ataque del mildiu velloso. traducido por agriculturers.com. Un equipo de los EE.UU. ha hecho tomates resistentes a varias bacterias Pseudomonas y Xanthomonas1. Y científicos en Beijing han creado trigo resistente al oídio2.

Alterar el trigo es difícil porque la planta contiene tres genomas prácticamente idénticos. El equipo de Beijing tuvo que apuntar básicamente a tres versiones de un gen de resistencia. Con CRISPR “puedes atacar varios genes simultáneamente”, asegura Caixa Gao, miembro del equipo y biólogo vegetal del Instituto de Genética y Biología de Desarrollo de la Academia de Ciencias China.

Los científicos de la industria por su lado están dolidos. El pasado septiembre, Monsanto firmó una licencia no exclusiva con el Instituto Broad de Cambridge, Massachusetts, que en febrero ganó una disputa por la patente de la tecnología de CRISPR. traducido por agriculturers.com. Tom Adams, el vicepresidente de biotecnología de Monsanto, asegura que la empresa está explorando cómo usar la tecnología de CRISPR para mejorar la resistencia a enfermedades, tolerancia a la sequía y mejorar los rendimientos en algunos cultivos.

Pero el enfoque podría ser usado también en formas que incrementen el uso de pesticidas. Adams asegura que la edición de genes permitiría crear cultivos que soporten el ataque de herbicidas, tal como lo hacen los cultivos de Monsanto que toleran el glifosato. Pero estos productos son controversiales, ya que el permitir que los agricultores usen libremente el glifosato puede llevar a una excesiva dependencia en el químico.

Produciendo interferencia

Mucho antes de que el CRISPR prometiera cambiar el mundo, los biocientíficos estaban entusiasmados con otra forma genética de controlar las plagas: el ARN de interferencia (iARN), un mecanismo en el cual la doble hélice de moléculas de ARN son absorbidas por un microorganismo produciendo el silenciamiento efectivo de un gen en particular.

En ciertas formas, la tecnología podría hacer más fácil atacar a ciertas plagas específicas. Es posible comenzar con una secuencia genética precisa y luego construir pequeñas moléculas para interferir con la actividad genética, afirma Sonny Ramaswamy, director del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura, la división que financia investigaciones del departamento de Agricultura de los EE.UU., que está apoyando a varios estudios en iARN.

El truco es introducir la molécula dentro de su objetivo en el lugar y momento preciso. Por ejemplo, el ARN necesita estar presente en toda la planta para poder defenderse de insectos succionadores. Esto se puede asegurar por medio de ingeniería genética, pero el proceso es costoso y enfrenta los mismos obstáculos reguladores y públicos que cualquier otro OMG. Y si las plagas se vuelven resistentes al iARN, los investigadores tendrían que diseñar una planta completamente nueva para reemplazarla.

Tanto los científicos académicos como los científicos de la industria, piensan que una mejor opción es aplicar los ARN directamente a las hojas o a las raíces de los cultivos. traducido por agriculturers.com. Eso es más “conveniente y flexible que los cultivos transgénicos”, asegura Xuexia Miao, una investigadora de la interacción entre planta e insecto del instituto de Fisiología Vegetal y Ecología del Instituto de Shanghai para las Ciencias Biológicas en China.

El 2015 ella y su equipo demostraron que el iARN suministrado por medio de las raíces del arroz y el maíz, ayuda a protegerlos en contra de insectos. traducido por agriculturers.com. Pero el sistema de riego puede resultar complicado en la práctica: el suelo está lleno de microorganismos y enzimas que pueden consumir el ARN antes de que alcance a la planta. Miao está trabajando además en rociadores que puedan suministrar el iARN directamente a las plantas e insectos.

Empresas como Monsanto y Syngenta, están interesadas en el iARN también. Monsanto asegura que sus primeros productos (uno para proteger a las abejas de la varroa destructor, y otro en contra de los escarabajos que atacan la canola) estarán en el mercado a mediados de los 2020s. Syngenta tendrá su primer producto para el escarabajo de la papa Colorado (Leptinotarsa decemlineata) “para comienzos de los 2020s”, asegura Steven Wall, quien supervisa la estrategia de regulación y seguridad de los productos de iARN para Syngenta en Research Triangle Park, Carolina del Norte.

La tecnología de iARN enfrenta otros desafíos también. Parece ser efectiva contra ciertos tipos de insectos, como los escarabajos, pero es más difícil usarla contra polillas y sus larvas, aunque las razones de ello no están claras. traducido por agriculturers.com. Las plagas que responden al iARN también podrían desarrollar resistencia. “La naturaleza siempre parece encontrar una forma”, dice Wall. Un rociador de iARN “tiene que ser administrado como cualquier otro producto, no debiera ser usado de forma exclusiva”.

Algunos científicos argumentan que aunque el iARN puede atacar a plagas de forma más dirigida que los pesticidas de amplio espectro, aún hay una probabilidad de que ocurra daño colateral. El iARN podría matar a insectos benéficos que compartan genes con la plaga. En una revisión del 20134 sobre los riesgos de la tecnología, los científicos del Departamento de Agricultura de los EE.UU. escribieron que aunque el iARN es un protector prometedor de cultivos, sus beneficios deben ser ponderados en relación a “los riesgos ambientales que la tecnología plantea”.

De vuelta a la tierra

Entre tanto, a medida que la cañería de pesticidas continúa encogiéndose y la resistencia crece, los agricultores necesitan nuevas opciones. La situación varía de cultivo en cultivo y de campo a campo, pero algunos campos ya han llegado a sólo un pesticida eficaz. traducido por agriculturers.com. “Literalmente estás desarrollando resistencia al pesticida que te queda”, dice Zoller. “Y por ende lo estás aplicando un par de veces más de lo que solías hacerlo, precisamente porque no funciona por tanto tiempo y no tienes nada más que usar”.

Zoller está probando biopesticidas, aunque los productos pueden ser inconsistentes. “Los ponemos a prueba en nuestras investigaciones cada año, porque tenemos esperanza”, dice, “algunos funcionan muy bien un año, pero no al año siguiente, aunque resultan bien cuando se integran con pesticidas convencionales”.

En cuanto a los enfoques genéticos, Zoller piensa que los compradores estarán dudosos, gracias al constante miedo a los alimentos MG. traducido por agriculturers.com. Otros productores son más optimistas. “CRISPR: creo que es la ola del futuro si es que vamos a sobrevivir como industria”, afirma Tony DiMare, vicepresidente de la empresa DiMare, un productor de tomates. La tecnología será particularmente importante, asegura, para el estrés ambiental, las plagas y las enfermedades.

La tecnología por sí sola no va a salvar al huerto. Los productores seguirán confiando en las prácticas tradicionales y la gestión del terreno. La rotación de cultivos, por ejemplo, ayuda a romper los ciclos de vida de las plagas y patógenos, si los agricultores no rotan los cultivos, proporcionan amplio alimento para que ciertas plagas prosperen. Plantar los vegetales muy de cerca puede ayudar a proteger a las malezas de la luz solar. traducido por agriculturers.com. Para otros cultivos, el podar permite el flujo de aire y luz, lo que puede inducir una disminución de la humedad lo que impide a los mohos prosperar.
En los huertos de peras de California, como los que arrienda Zoller, los agricultores dejan a las plantas nativas, como la avena silvestre, el centeno y la gloria matutina, crecer entre los árboles. Esto provee de un hábitat para los predadores naturales de las plagas. Zoller dice que es necesario usar todos los enfoques, nueva tecnología y métodos tradicionales, para proteger a los alimentos y la rentabilidad.
Para cualquier cultivo, el manejo de plagas es algo que continúa siempre, afirma. Las nuevas tecnologías también serán algo a lo que los agricultores estarán atentos. “Ayuda a tener muchas herramientas”.

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