Plagas transgénicas para erradicarlas

Cinco millones de toneladas de maíz amarillo duro (MAD). Esa es la cantidad requerida por el Perú cada año. Unos 167 kilos por persona que los consumimos indirectamente a través del pollo, los huevos, los alimentos procesados, etc. Sin dudas, el MAD es uno de los pilares de nuestra alimentación… y también del mundo.

"Armyworm infestation breaches the Pacific" by Pacific Community is licensed under CC BY-NC-ND 2.0.

En el campo, el maíz tiene muchos enemigos: virus, bacterias, hongos e insectos. Uno en particular puede diezmar una plantación si no se controla de forma efectiva. La Spodoptera frugiperda. Una polilla que en su fase de larva devora la planta desde las hojas hasta los brotes más tiernos (cogollo). Por eso se le conoce como gusano cogollero.

Existen diversas estrategias para controlar esta plaga. Controladores biológicos (depredadores y parasitoides), trampas pegajosas, insecticidas (algunos muy tóxicos como el metomilo) y plantas transgénicas (que producen una toxina específica). Todas ellas tienen un efecto temporal. Si dejan de utilizarse, la plaga reaparece (a veces muy rápido).

Lo ideal sería eliminar al gusano cogollero de forma permanente. Erradicarlo. También existen estrategias para ello. Por ejemplo, liberar miles de individuos machos y estériles, tal como se hace con la mosca de la fruta. El problema es que los métodos de esterilización (como la radiación ionizante) afectan la viabilidad o competencia del mismo insecto.

La empresa británica Oxitec desarrolló una tecnología para controlar de forma efectiva la población de insectos. Una construcción genética que, al introducirse en la plaga, la aniquila ni bien sale del huevo. Se llama “activador transcripcional controlado por tetraciclina” o simplemente tTAV. Este gen, al encenderse, produce grandes cantidades de sí mismo. Es decir, se acumula el tTAV en las células del insecto que terminan por matarlo, a menos que se alimente con tetraciclina (su antídoto).

Larvas de S. frugiperda genéticamente modificada (rojas). Fuente: Reavey et al. (2022)

Lo que hizo Oxitec fue introducir el gen tTAV dentro en el ADN del gusano cogollero, pero en una región que determina el sexo del insecto. Lo diseñaron de tal forma que tTAV solo se activa en las hembras. De esta manera, las únicas larvas que sobrevivirán en cada generación serán machos portadores del “gen letal”. Se convertirán en polillas adultas y se aparearán, aunque cada vez emergerán menos hembras. Entre la cuarta y séptima generación ya no habrán suficientes. No más apareamientos ni descendencia. La plaga será erradicada.

Bueno… esa es la idea. A nivel de laboratorio, funciona. Pero en el mundo real hay parámetros ambientales difíciles de controlar. En 2019, la Comisión Técnica Nacional de Biosegurida de Brasil dio luz verde a los ensayos piloto en campo abierto. De acuerdo con el último reporte de la empresa británica, los resultados son alentadores y la S. frugiperda genéticamente modificada estaría próximo a comercializarse.

Es cierto que existe mucho rechazo a los cultivos transgénicos, especialmente en el Perú donde tenemos una moratoria hasta 2035. Entre los argumentos más usados es el impacto sobre la biodiversidad o la “contaminación” de nuestras variedades nativas. Incluso el temor a consumir productos con modificaciones genéticas a pesar que la evidencia científica apunta a que son tan seguros como sus contrapartes convencionales.

¿Cuál sería la opinión de estas personas respecto al uso de transgénicos en plagas, para controlar sus poblaciones evitando el uso de insecticidas que sí tienen un impacto directo y comprobado sobre el ambiente, la biodiversidad y la salud humana? Es momento de discutir estos temas sobre la base de la evidencia, considerando también aspectos sociales, económicos y culturales. Las herramientas que nos brinda la biotecnología son indispensables para un verdadero desarrollo sostenible.

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Ensamblaje del virus del chikungunya

La tomografía computarizada permite explorar el interior de nuestro cuerpo con gran detalle y así identificar daños, anomalías o tumores que pueden afectar nuestra salud. La técnica consiste en tomar una serie de radiografías por capas y en diferentes ángulos. Lo mismo se puede hacer con un microscopio electrónico. En este caso lo que obtendremos son imágenes detalladas de virus, bacterias, estructuras celulares, etc. Pero el trabajo se debe realizar a temperaturas extremadamente bajas (criogénicas) para reducir al mínimo el movimiento frenético de las moléculas que se da a esa escala.

Esquema de cómo funciona la criotomografía electrónica. Fuente: Wikipedia.

Utilizando esta técnica, un grupo de investigadores estadounidenses revelaron la forma cómo se ensambla el virus del chikungunya, un alfavirus que causa serias complicaciones atritogénicas (en las articulaciones) en los seres humanos.

Las imágenes muestran todo el proceso de ensamblaje viral, desde la replicación de su ARN (en la esférula de replicación) hasta la liberación de los virus por gemación. Se observa con detalle la formación de la nucleocápside, una estructura que contiene todo su material genético, la cual se acopla con la membrana celular que está recubierta por las proteínas "Spike" del virus.

Las flechas rojas muestran al virus del chikungunya emergiendo de la célula humana. En azul se observa la esférula de replicación que es donde se produce el ARN viral el cual es depositado dentro de las cápsides (color lila) para formar la nucleocápside. Chmielewski, et al. (2022).

Proceso de gemación. En rojo la nucleocápside viral. En amarillo las proteínas Spike que cubren la superficie del virus. Chmielewski, et al. (2022).

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Perú ratifica el Protocolo Suplementario de Nagoya - Kuala Lumpur

Esta semana pasó desapercibida la ratificación del Protocolo Suplementario de Nagoya - Kuala Lumpur sobre responsabilidad y compensación respecto a los daños causados por los Organismos Vivos Modificados (también conocidos como transgénicos). Fueron 105 votos a favor, sin abstenciones ni votos en contra. ¿Qué implicancias tiene?

Recordemos que los OVM o transgénicos son organismos (animales, plantas, microbios, etc.) al que le han introducido genes que codifican características específicas procedentes de otros organismos que no necesariamente son de la misma especie o reino. Por ejemplo, maíces que resisten el ataque de plagas gracias a un gen bacteriano (Bacillus thuringiensis) o arroz que produce vitamina A gracias a un gen de maíz. Esto se logra a través de la ingeniería genética. ¡No intervienen jeringas!

Por principio precautorio, los transgénicos no se usan libremente. Requieren de una autorización basada en un análisis de riesgos: un procedimiento científico que consiste en identificar los potenciales daños y establecer medidas para evitarlos (bioseguridad). Precisamente, el Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología es un tratado internacional que vela por el uso seguro de los OVM, garantizando la protección y uso sostenible de la biodiversidad, teniendo en cuenta además la salud humana. A la fecha, 173 países lo han ratificado, incluyendo Perú.

Gracias este Protocolo y los marcos normativos de bioseguridad que derivan, muchos países aprovechan los beneficios de la biotecnología, no solo los desarrollados o los que cuentan con una agricultura industrial consolidada (Estados Unidos, Argentina, Brasil, entre otros), sino también países en desarrollo, biodiversos y con agricultura familiar (Indosenia, Filipinas, Nigeria, Bangladesh, entre otros).

El Protocolo Suplementario de Nagoya - Kuala Lumpur da un nivel adicional de protección en caso que se produzcan daños (o estos sean inminentes) porque garantiza tomar medidas de mitigación y restauración, y transferir los costos a los responsables. Ahora toca trabajar en su implementación. Para eso requerimos una actualización de nuestra normativa de bioseguridad que data de 1999 y que debe ajustarse al ordenamiento legal e institucional vigente.

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Peces transgénicos en Perú

Fueron diseñados en la década de 1990, por investigadores de la Universidad Nacional de Singapur, para detectar contaminantes y toxinas en el agua. Pero hoy adornan las peceras de muchos hogares en el mundo gracias a sus colores llamativos que brillan bajo la "luz negra" o ultravioleta. Hablamos de los peces fluorescentes genéticamente modificados.

Estos peces poseen genes derivados de una anémona marina (Entacmaea quadricolor) y una medusa (Aequorea victoria) que les otorgan una diversidad de colores resplandecientes. Dos empresas licenciaron la patente: Yorktown Technologies de Estados Unidos (bajo la marca GloFish®, hoy subsidiaria de Spectrum Brands Inc.) y TaiKong Corp. de Taiwán. Su comercialización solo está permitida dentro de EE. UU. (no en todos los estados) y en países asiáticos. Pero el comercio de peces ornamentales es tan grande y globalizado (y muchas veces informal) que llegó a todos los rincones del planeta, incluso fuera de los acuarios y peceras.

Investigadores brasileños analizaron los cuerpos de agua adyacentes a las piscifactorías de Muriaé, el mayor centro de producción de peces ornamentales de Brasil. Cada dos meses colectaron muestras de cinco arroyos de bajo movimiento. Identificaron a los peces cebra fluorescentes, tomaron datos morfológicos y analizaron su dieta. Los resultados publicados en Studies on Neotropical Fauna and Environment revelan que los peces cebra transgénicos sobreviven y se reproducen, especialmente en temporadas de lluvia.

Cuando analizaron su dieta hallaron larvas de dípteros y hemípteros autóctonos, y en menor medida, algas filamentosas y ninfas de libélulas. Esto muestra una dieta generalista que podría generar un impacto en las poblaciones de invertebrados nativos. Además la baja presencia de depredadores autóctonos en los arroyos evaluados favorecen la supervivencia de los peces transgénicos, que al ser especies exóticas, podrían convertirse en invasoras. Para reducir el riesgo de escape, las piscifactorías deben instalar redes de nylon en los tubos y canales de descarga, así como estanques de retención de efluentes con depredadores nativos que se alimenten de estos peces exóticos.

En 2006 se reportó por primera vez el ingreso al Perú de estos peces transgénicos. Hoy las encontramos en sus diferentes variedades (cebras, labeos, tetras, monjitas, escalares y betas) y colores (verde, rojo, coral, naranja, amarillo y azul), en muchas tiendas de mascotas, a precios de van desde S/ 1 hasta los S/ 50 por individuo.

Pero, ¿no hay una moratoria? Si bien desde 2011 tenemos una ley que prohibe el ingreso y producción de transgénicos en el país, esta solo se aplica a los que van a ser liberados al ambiente con fines de cultivo o crianza. Técnicamente estos peces fluorescentes tienen un fin ornamental y viven dentro peceras y acuarios. No obstante, existe el riesgo de que alguna persona los libere en un río o lago. Por ello, se controla todas las importaciones de peces ornamentales para evitar que ingresen más individuos transgénicos. 

Sin embargo, este mercado es sumamente informal. Hay contrabando desde Ecuador y Colombia, centros de reproducción clandestina (dentro de viviendas, con estanques en patios y jardines) y venta libre por internet (Facebook Marketplace, MercadoLibre, OLX, etc) con capacidad de distribuirlos a todo el país por servicios de mensajería. Esto incrementa el riesgo de que estos peces transgénicos lleguen a cuerpos de agua donde puedan subsistir, como los de nuestra Amazonía.

Para atender esta problemática, se elaboró una línea base de nuestras especies de peces ornamentales. Se estudió su diversidad y distribución. Se identificaron especies nativas emparentadas con las que tienen variedades transgénicas. Se analizó la dinámica comercial y la cadena de valor de los peces ornamentales en el Perú. Esta información es clave para evaluar los riesgos y establecer medidas de gestión adecuadas. Pero también se requiere una normativa de bioseguridad integral, basado en evidencia, con un enfoque territorial y donde las decisiones se tomen caso por caso.

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La proteína ‘Spike’ de la variante ómicron

La tercera ola en el Perú ha superado con creces el número de infectados de las dos anteriores juntas. Más que una ola nos topamos con una pared. La responsable es la variante ómicron que fue reportada por primera vez en Sudáfrica hace solo dos meses. El número fallecidos aumenta, pero no en la misma proporción al número de infectados gracias a las vacunas. Solo miren las gráficas publicadas por Rodrigo Parra en su Twitter. Pero no nos confiemos, el número de hospitalizados (incluyendo niños) y pacientes en UCI aumentan y están cerca de saturar nuestro precario sistema de salud.

¿En qué radica el éxito de la variante ómicron? Un estudio publicado en Science muestra, con lujo de detalles, los cambios que ha sufrido la proteína ‘Spike’ —la que usa el SARS-CoV-2 para infectar las células humanas a través del receptor ACE2— gracias a las mutaciones que ha adquirido. Los investigadores emplearon la criomicroscopía electrónica. Esta técnica permite analizar la estructura tridimensional de las proteínas y componentes celulares.

En realidad la proteína ‘Spike’ está formada por tres proteínas idénticas o protómeros (imagen A en color morado). Técnicamente es un homotrímero. Además, cada proteína tiene dos partes o subunidades: la S1, que es la que se une al receptor ACE2 de las células humanas, y la S2, que es la que permite la fusión del virus con la célula humana para infectarla. La unión entre el receptor ACE2 (en color celeste en las imágenes A y B) y la proteína ‘Spike’ se da en un lugar particular de la S1 conocida como dominio RBD (imagen B).

La variante ómicron presenta 37 mutaciones en la proteína ‘Spike’. Una mutación es un cambio en la secuencia genética que codifica cada uno de los aminoácidos que conforman una proteína. El cambio de un solo aminoácido puede modificar la estructura de la proteína, su interacción con otras proteínas o componentes celulares o inactivarlas. Cuando esto ocurre, el virus puede perder su capacidad de infectar y desaparece. A veces una mutación pasa desapercibida porque no cambia ningún aminoácido o lo hace por otro que tiene las mismas propiedades fisicoquímicas. Pero ocurren casos en que estas mutaciones le dan una ventaja al virus. 

Los científicos observaron que 15 de las 37 mutaciones se hallaban en el dominio RBD, el cual es clave para la infección del virus y que es el objetivo de los anticuerpos neutralizantes (que bloquean su interacción con el receptor ACE2) generados por las vacunas. 

La interacción entre dos proteínas (como ‘Spike’ y ACE2) es compleja. Se basa en fuerzas electrostáticas (como la de los imanes) que se pegan o repelen de acuerdo con las cargas de los aminoácidos. El cambio de un aminoácido por otro puede modificar la estructura de la proteína (incluso ligeramente), afectando su interacción con otras. Imaginen 15 modificaciones solo en el dominio RBD. 

Lo que mostraron los análisis de criomicroscopía electrónica fue que, si bien habían cambios que afectaban la eficiencia de la interacción de ‘Spike’ y ACE2, habían otros que la restituían, evitando que ómicron pierda su capacidad de infectar las células humanas. Es decir, algunas de estas mutaciones, por sí solas, serían perjudiciales para el virus, pero cuando actúan en conjunto le confieren ventajas. En este caso, también les permite evadir mejor los anticuerpos neutralizantes. Esta es la razón de por qué tantas personas, incluyendo vacunados, se están infectando.

Lo que falta saber es ¿cómo surgió esta variante? Los científicos piensan que este virus pudo haber surgido en una persona con el sistema inmunológico comprometido (como un paciente de VIH, cáncer o transplante). El virus vivió de forma prolongada en esta persona, multiplicándose y generando nuevas mutaciones. Un laboratorio viviente. Esto también explicaría por qué no provoca síntomas tan fuertes como otras variantes. De haberlo hecho, su hospedero carente de defensas hubiera muerto.

Mientras hayan personas no vacunadas, muchas por falta de acceso (como en los países africanos) y otras por creer en las teorías de los antivacunas, el virus seguirá teniendo chances de evolucionar y generar nuevas variantes. No dejemos a la suerte la aparición de un “nuevo ómicron”, pero más peligroso.

Referencia e imágenes:

Mannar, D., et al. (2022). SARS-CoV-2 Omicron variant: Antibody evasion and cryo-EM structure of spike protein–ACE2 complex. Science. DOI 10.1126/science.abn7760

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¿Cómo eran los primeros tomates que llegaron a Europa?

Las primeras exploraciones europeas al continente americano, allá por inicios del siglo XVI, trajeron consigo muchas riquezas, especialmente, plantas que eran cultivas y consumidas al otro lado del mundo. Una de ellas fue el tomate. Hoy es la hortaliza más cultivada en el mundo. Anualmente se producen unas 180 millones de toneladas en 4.85 millones de hectáreas.

Los tomates de hoy no se parecen ni saben como los que llegaron a Europa hace 500 años. Esto se debe a que la selección y mejora genética, que se ha dado por décadas, se orientó hacia la obtención de frutos más redondos, uniformes y resistentes, que duren más en los anaqueles de los supermercados y resistan el aplastamiento. La consecuencia fue que, en el proceso, se perdieron aquellos genes y alelos que codifican mayores niveles de azúcares y compuestos volátiles, que son claves en el sabor de este fruto.

Con el fin de saber la apariencia que tenían los primeros tomates que llegaron a Europa, un grupo de investigadores neerlandeses recopiló información de herbarios, publicaciones e ilustraciones del siglo XVI. De acuerdo con el estudio publicado en PeerJ la primera descripción del tomate la hizo el naturalista italiano Pietro Andrea Matthioli, allá por 1544. Asimismo, a inicios la década de 1550, aparecieron las primeras ilustraciones de los tomates.

Las ilustraciones muestran tomates con una gran variedad de formas (alargadas y rechonchas, otras con surcos similares a calabazas) y colores (rojos, naranjas y amarillos). Esto explica su nombre italiano: pomo d’oro (manzana dorada).

Sin embargo, no se pudo determinar la procedencia ni el año exacto en el que llegaron los primeros tomates a Europa. Para acercarse a esta respuesta, los investigadores lograron aislar y analizar una pequeña porción de ADN de una muestra herborizada de tomate, que fue colectada por Francesco Petrollini en 1558, y que se conserva en el Herbario En Tibi.

Si bien solo se secuenció el 2 % del genoma de este tomate herborizado, se pudo comparar las secuencias con otras depositadas en el GenBank. El árbol filogenético muestra una relación cercana con tres variedades locales mexicanas y dos accesiones procedentes de Perú. 

La evidencia histórica apunta a que los tomates llegaron a Europa de Mesoamérica. No obstante, hoy se sabe que en el Perú también existían formas semidomesticadas y primitivas del tomate moderno, que posiblemente eran manejadas y consumidas por las poblaciones locales, pero que en algún momento de la historia se perdieron ya que se desconocen nombres del tomate en lenguas nativas andinas y amazónicas.

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El reto que plantea el aumento de la demanda de alimentos

China, con sus ~1400 millones de habitantes, ha experimentado un notable desarrollo social y económico en las últimas décadas. Hoy es la segunda economía más grande del mundo. Pero hay algo en los que pocos caen en cuenta: su gran demanda de alimentos, la cual depende cada vez más de las importaciones.

Entre 2010 y 2018, el valor de las importaciones de productos agrícolas de China aumentó en 78 %. La consecuencia es una mayor presión ambiental en los países exportadores, como Brasil. El país sudamericano es el principal proveedor de soya del gigante asiático. Se estima que el 43 % de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) asociado a la deforestación para el cultivo de soya se debe a las importaciones chinas de este cultivo.

Ahora imaginen lo que ocurrirá en 2050 si las tendencias se mantienen. Un estudio publicado en la revista Nature Sustainability evaluó el impacto ambiental que generará China en sus socios comerciales debido al aumento en la demanda de alimentos. El análisis se enfocó en cuatro componentes: el uso de las tierras agrícolas (para la producción de granos y pastos), las emisiones de GEI asociadas a la agricultura, el uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos y el uso de agua para riego. Los siguientes gráficos resumen los hallazgos.

Agricultura industrial o agroecología

De acuerdo con el estudio, las importaciones chinas representaron el 35 % del comercio mundial de soya en 2010 (unas 45 millones de toneladas, Mt). Para el 2050 se prevé que este porcentaje alcance el 46 % (unas 126 Mt). ¿De dónde creen que saldrá toda esa soya?

Aunque a muchos no les guste —especialmente a los grupos ecologistas— se requiere de una agricultura industrial para cubrir esta demanda. Esto implica el uso de semillas mejoradas (híbridas, transgénicas, etc.), maquinaria agrícola y agroquímicos para obtener altos rendimientos (cantidad producida por área de cultivo). De no ser por este tipo de producción intensiva se requeriría de más áreas agrícolas para producir la misma cantidad de soya. Esto se traduciría en una mayor deforestación y reducción de hábitats naturales. Sin embargo, este tipo de agricultura tiene un costo ambiental muy alto.

En nuestros días, la agricultura industrial es un mal necesario. No podemos desprendernos de ella sin afectar la disponibilidad, asequibilidad y accesibilidad de alimentos. Algunas personas creen que la solución está en la agroecología (no confundirla con agricultura ecológica) que, de acuerdo con la FAO, se basa en diez principios que devienen en una gama de prácticas agrícolas y ganaderas sostenibles.



El problema radica cuando se tiene una visión esencialista de la agroecología, que rechaza frontalmente la biotecnología, la utilización de paquetes tecnológicos o la intensificación productiva. Esta visión es compartida por muchas organizaciones ecologistas, de agricultores y productores orgánicos, quienes usan la agroecología como un arma ideológica para luchar contra el modelo agroindustrial en vez de buscar la preservación de los ecosistemas y la sostenibilidad ambiental, económica y social.

Enfoque sistémico

Satisfacer la creciente demanda de alimentos y lograr sostenibilidad de la producción agraria, es uno de los mayores desafíos de las próximas décadas. Sin dudas hay que cambiar los patrones de consumo, por ejemplo, reduciendo el consumo de carnes rojas. Pero también debemos llevar la ciencia y la tecnología al campo, de la mano con los agricultores, para producir más con menos recursos.

Para lograr esto se debe tener una visión pragmática de la agroecología, que busque la conservación de la biodiversidad y la sostenibilidad ambiental, con independencia de que se basen o no en paquetes tecnológicos, incorporando los avances de la biotecnología (como la edición genética) y sin demonizar el papel de la industria. Es decir, una agroecología que no mire las herramientas del pasado sino las del futuro. Lamentablemente, la discusión sobre la agricultura se ha politizado, donde solo priman las representaciones particulares y selectivas de la realidad.

De acuerdo con el profesor Ken Giller, de la Universidad de Waheningen en Países Bajos, no existen enfoques universales ni soluciones únicas, tal como proponen los acérrimos defensores de la agroecología o de la agricultura moderna. Las condiciones locales que enfrentan los agricultores son muy variables. Se requiere un enfoque de sistemas que considere el clima, los factores biológicos (plagas, enfermedades, etc.), la gestión del suelo y del agua, las realidades ecológicas, sociales y económicas, etc.

La agricultura industrial puede adoptar varios principios de la agroecología, como la rotación de cultivos (para recuperar los nutrientes del suelo) y los cultivos de cobertura (para reducir el uso de herbicidas). Y la agroecología puede adoptar herramientas biotecnológicas para facilitar el manejo de plagas y evitar pérdidas por sequías o heladas. Lo que no podemos hacer es restringir opciones a los agricultores basados en prejuicios o miedos carentes de sustento científico. La crisis climática nos obliga a echar mano a todas las herramientas que tenemos a la mano.

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