15.2: OGM

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta lección usted:

• Entender por qué y cómo se aplica la tecnología OGM a la mejora de plantas.
• Enumere ejemplos de cultivos transgénicos y explique por qué fueron adoptados.
• Explique por qué la tecnología OGM es polémica.

Visión general

Un OMG es un organismo genéticamente modificado, una planta que porta uno o más transgenes como parte de su genoma. Los OGM se producen a través de ingeniería genética, donde un transgén de cualquier organismo es manipulado para producir un rasgo en una planta después de su introducción. Los transgenes son ADN que se manipulan para funcionar en una planta para producir un rasgo específico. Pueden originarse de cualquier otro organismo, y no es necesario introducir el nuevo ADN a través de la reproducción sexual como en la realización de cruces para fitomejoramiento. (En cultivos no transgénicos, todos los genes se originan a partir de la reproducción sexual). Como se discutió en el capítulo sobre el ADN, el código genético es la secuencia de bases a lo largo de una cadena de ADN, y es universal entre todos los organismos vivos, permitiendo la transferencia de un gen de una bacteria, virus o cualquier organismo a una planta.) Una transferencia de ADN a través de reinos nunca ocurriría por reproducción sexual, porque no se pueden hacer cruces interreinos.) La tecnología OGM ofrece, por ejemplo, la posibilidad de ingeniería de resistencia al gusano de la raíz del maíz mediante la introducción de un transgén bacteriano en el maíz o la capacidad de probar un gen de cualquier fuente en una planta.

Esta lección ofrece información sobre cómo los OGM ofrecen un mecanismo novedoso para el mejoramiento de las plantas que puede agregar rasgos significativos a los cultivos forestales, agronómicos y hortícolas. Sus contribuciones incluyen tolerancia a herbicidas para mejorar el control de malezas, resistencia a plagas de insectos y virales, y mejores beneficios para la salud de los cultivos.

A diferencia de la cría de rosas y manzanas, en la que los aficionados pueden criar nuevos cultivos en sus jardines, la tecnología OGM integra conocimientos de genética, biología molecular y cultivo de tejidos para producir un nuevo cultivo OGM. Estas habilidades serían difíciles de combinar en el jardín, pero las plantas que se producen se propagan de manera idéntica a sus contrapartes convencionales. Sería difícil distinguir la papa “innata” OGM de una papa no transgénica, a menos que se les haya probado para determinar su pardeamiento, producción de acrilamida o resistencia a enfermedades. Las papas transgénicas se ven y se comportan como otras papas. La adopción de la tecnología OGM por parte de un agricultor no requiere nuevos equipos ni técnicas de cultivo.

¿Qué es un OGM?

Árbol de papaya infectado con el virus de la mancha anular de la papaya (PRSV). . Escocés Nelson. Dominio público.

Los OGM comienzan donde termina el fitomejoramiento. Un excelente ejemplo de tecnología OGM ocurrió después de la introducción del Virus de la Mancha Ringspot de la Papaya (PRSV) en Hawai. El PRSV devastó la producción de papaya hasta el punto donde los productores no pudieron producir un cultivo. Los intentos de usar fitomejoramiento para producir una planta resistente a virus no tuvieron éxito. No se pudo localizar ninguna planta sexualmente compatible con resistencia al PRSV, por lo que ninguna cantidad de fitomejoramiento tradicional por cruce produciría resistencia. Esta enfermedad viral evitó la producción de papaya en Hawái hasta que Dennis Gonsalves, del Departamento de Agricultura de Estados Unidos, adoptó una estrategia OGM que previamente había sido utilizada para producir papas resistentes a varios virus, y hizo que las papayas fueran resistentes al PRSV. Hoy en día, es probable que cualquier papaya producida en Hawái sea “SunUp” o “Rainbow”, los cultivares OGM. Aunque la papaya resistente a virus parece una victoria para productores y consumidores, es muy polémica. En la década de 1980, el desarrollo temprano de la tecnología OGM estuvo ligado a grandes empresas agrícolas que patentaron y utilizaron la tecnología en maíz, soja y algodón. Otros ven el movimiento “antinatural” de un gen de una bacteria a una planta como un proceso que no debemos usar.

La papaya OGM es un buen ejemplo para presentar el proceso que implica producir un OGM. Un primer paso en el desarrollo de papaya transgénica fue comprender el virus, su genoma y su replicación. Los virólogos, quienes dedicaban su vida al estudio de la biología del virus, sabían que el genoma del virus tenía un gen que codificaba una proteína de cubierta que rodeaba el material genético del virus y que era esencial para su infección de células vegetales. La estrategia OGM agregó una copia del gen de la proteína viral de la cubierta en los cromosomas de la planta. La proteína de la cubierta protege al virus ya que se transmite de planta a planta, y es esencial para la replicación. El gen viral está diseñado para estar en la orientación opuesta a su orientación en el virus. Esta orientación opuesta del gen viral, que ahora actúa como gen vegetal, efectivamente apaga la replicación viral antes de que pueda causar enfermedades, haciendo que la planta sea resistente.

John Sanford. FMSInvestigadora. CC BY-SA 4.0.

Pistola Gene. Z33 Casa de Arte Contemporáneo, Diseño y Arquitectura. CC BY-NC-ND 2.0.

Para introducir el gen viral diseñado en el cromosoma de la planta sin cruzarlo, el horticultor John Sanford inventó un medio para introducir genes en las células vegetales disparando literalmente el gen en el núcleo de una célula. (John se graduó en 1976 de la Universidad de Minnesota con una licenciatura en horticultura, y continuó en horticultura para convertirse en profesor e investigador en la Universidad de Cornell.) En este proceso, el ADN del gen de interés se recubre sobre partículas mucho más pequeñas que el núcleo de la célula vegetal. La pistola funciona con aire comprimido, similar a una pistola BB. La partícula recubierta con el ADN (gen de interés), ahora en el núcleo, se difunde lejos de la partícula y se integra en el cromosoma de la planta. Luego, el gen se expresa y es hertible de la misma manera cualitativa que otros rasgos de un solo gen. El proceso de introducción de un transgén en una planta se llama transformación. Se dice que la célula vegetal o toda la planta que porta el gen modificado por ingeniería genética está transformada o transgénica (sinónimos de OGM).

¿Podría ocurrir este proceso alguna vez en la naturaleza? Agrobacterium tumefaciens es un patógeno bacteriano de plantas que produce la enfermedad de la hiel coronario. Esta bacteria transfiere una pequeña cantidad de su ADN (varios genes) a la planta como parte de su ataque de patógenos. La foto de la izquierda muestra una agalla grande sobre una secoya que pudo haber sido causada por Agrobacterium. Los genes del patógeno han sido diseñados a través de la evolución para hacerse cargo de la regulación normal de las células vegetales y producir una agalla, un callo de células indiferenciadas que se dividen rápidamente similares a un callo. Los genes bacterianos introducidos, que ahora funcionan en la agalla o callo, producen compuestos que alimentan al Agrobacterium, el cual produce más células patógenas para infectar a otras plantas. Se trata de la hiel de la corona de las plantas. Los biólogos que estudiaban el ciclo de vida de Agrobacterium se dieron cuenta de que podían usar el proceso de transferencia de ADN natural para introducir genes en las plantas, incorporando un gen de interés de cualquier organismo en el proceso de transferencia de Agrobacterium. Esto ha sido muy exitoso, y es el método de introducción de genes más utilizado en muchos cultivos. Aunque los genes para producir una papaya resistente al virus OGM se introdujeron con la pistola génica, la mayoría de los de los cultivos transgénicos se introdujeron usando Agrobacterium.

Diagrama del proceso de la pistola génica. OpenStax. CC BY 4.0.

La pistola génica (arriba) y las introducciones génicas mediadas por Agrobacterium son procesos ineficientes que introducen el gen en solo un número muy pequeño de células vegetales. Dado que solo una sola célula recibe el gen, el cultivo de tejido vegetal se utiliza para regenerar una planta completa a partir de esa sola célula. El cultivo de tejidos vegetales utiliza medios de crecimiento sintéticos para proporcionar el ambiente para las divisiones celulares mitóticas y la organización de esas células en meristemos de brotes y raíces. Cuando se forman los meristemos, las plantas diminutas pueden retirarse del cultivo de tejidos y transferirse al suelo. Esto es posible porque las células vegetales son totipotentes —pueden regenerar una planta entera a partir de una sola célula. (Piense en el enraizamiento adventicio, donde las células del parénquima pueden dividirse y diferenciarse en un meristemo de raíz cuando se entierran en una mezcla para macetas). Esta capacidad ha sido identificada en solo unas pocas especies de plantas utilizando componentes muy específicos en el medio de cultivo tisular para convencer a las células para que se dividan y regeneren una planta completa.

Al igual que en la fitomejoramiento, las plantas transgénicas deben ser evaluadas y seleccionadas por los rasgos de interés. La introducción de un solo gen en una planta puede producir un gran cambio fenotípico, como en el alelo Shrunken-2 de origen natural que transforma el maíz de campo en maíz dulce, o la introducción del gen de la proteína de la cubierta del virus de la mancha anular de la Papaya para proporcionar resistencia al virus. La introducción de un nuevo gen usando tecnología OGM no cambia, sin embargo, otros genes o rasgos del genoma de la planta. Ser capaz de mantener todas las características de un cultivar y agregar un gen para la resistencia de cualquier organismo es una ventaja importante de la tecnología OGM.

El arte de la tecnología OGM es descubrir cómo los organismos no vegetales (virus, bacterias, hongos, insectos, etc.) podrían contribuir con un gen para mejorar una planta, ya sea a través del control de malezas, aumento de la nutrición en los alimentos o resistencia a plagas o virus. Los cultivos transgénicos son producidos por equipos interdisciplinarios con miembros expertos en identificación génica, ingeniería genética, fitomejoramiento, introducción de genes y cultivo de tejidos. Estas habilidades imitan los pasos requeridos para la tecnología OGM: identificar un gen o genes y su fuente para resolver un problema, ingeniería del gen para la expresión de la planta, usar la pistola génica o A. tumefaciens para introducir en el cultivo de interés, y evaluar la nueva planta. Es posible que la acción génica predicha no ocurra y que sean necesarios otros genes o modificaciones génicas. Todos los genes utilizados en la producción de cultivos hoy en día han pasado por varias iteraciones que mejoraron el resultado después de la introducción. Cuando una planta tiene el gen introducido integrado en sus cromosomas, se puede cruzar con otras plantas para trasladar el nuevo gen y sus rasgos a otras variedades.

Preguntas de revisión

1. ¿Qué es un OGM?
2. ¿Cuáles son las dos ventajas significativas de las tecnologías OGM sobre el fitomejoramiento tradicional?
3. ¿Cuáles son las diferencias entre los dos procesos utilizados para introducir un nuevo gen en una planta?
4. ¿Se puede distinguir una semilla, plántula o planta madura OGM de una no OGM con solo mirarla? ¿Qué distingue a los dos, ya sea de manera visible o genética?
5. ¿De dónde vienen los transgenes y cómo se introducen en un cultivo transgénico?

¿Por qué los agricultores pagan extra por las semillas transgénicas?

La tecnología OGM ha sido rápidamente adoptada por agricultores en Estados Unidos y en todo el mundo (el gráfico a continuación muestra las tasas de adopción para Estados Unidos en 1996—2018). En Estados Unidos, los cultivos de maíz, soja y remolacha azucarera son OGM para la tolerancia a herbicidas (lo que permite un mejor control de malezas), el algodón OGM resistente a los insectos es ampliamente adoptado para prevenir el daño del gorgojo de la boll. Para obtener una lista más completa de cultivos y características de OGM, consulte la Base de Datos de Aprobación de GM del ISAAA.

Como implica, la “aprobación” a nombre de esta base de datos indica que los cultivos transgénicos deben pasar por extensas pruebas y un proceso de revisión antes de ser permitidos en la producción y en nuestro flujo de alimentos. La rápida adopción de la tecnología OGM desencadenó preguntas sobre riesgos que resultaron en un proceso de revisión para todos los cultivos transgénicos por parte del Departamento de Agricultura de Estados Unidos, la Administración de Alimentos y Medicamentos y la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. La abrumadora evidencia científica indica que los cultivos transgénicos son seguros para el medio ambiente y para los humanos. Para leer más (opcional) sobre la seguridad de la tecnología OGM, consulte el sitio de Academices Review en Ruleta Genética para obtener información basada en la ciencia y revisión crítica de los riesgos de la tecnología OGM.

Los cultivos transgénicos tienen ventajas económicas, ambientales y de conveniencia para los agricultores. Varios análisis económicos han demostrado que el aumento de los rendimientos de los cultivos transgénicos es un impulso importante para la adopción por parte de los agricultores, a pesar de que las semillas transgénicas cuestan más que las semillas convencionales. Un buen ejemplo es la rápida adopción de remolachas azucareras transgénicas que fueron modificadas por resistencia al herbicida no selectivo Roundup. Esto permitió que las remolachas fueran rociadas con Roundup, matando malezas en el campo y dejando ilesas remolachas. Una encuesta de 2008 a productores de remolacha azucarera OGM mostró las calificaciones de control de malezas más altas en la historia de la encuesta y la casi eliminación del deshierbe mecánico y manual. El control de malezas había sido previamente ineficiente, requiriendo controles herbicidas y mecánicos. Hacer que las remolachas sean tolerantes a herbicidas aumentó el rendimiento e hizo que el control de malezas La adopción fue mayor al 90% un año después de que se pusiera a disposición la semilla tolerante a herbicidas OGM.

Los beneficios ambientales más significativos de la tecnología OGM provienen de la resistencia a los insectos OGM. La mayoría de los insecticidas son inespecíficos, matan insectos beneficiosos, así como la plaga, y son tóxicos para humanos, aves, peces y otros organismos. La base de la resistencia a los OGM es la introducción del gen Bacillus thuringiensis, Bt, en la planta, por lo que la planta produce Bt. Es posible que haya oído hablar de Bt como un control de insectos utilizado en la producción de alimentos orgánicos o control de mosquitos. Bt tiene un impacto ambiental muy bajo debido a que es altamente específico para el insecto objetivo, a diferencia de los insecticidas convencionales que pueden tener daños colaterales de amplio rango cuando se aplican. Bt también es muy lábil, descomponiéndose rápidamente en el suelo. El gen Bt de B. thuringiensis ha sido introducido en varios cultivos. Actualmente, los cultivos de Bt incluyen maíz (campo y dulce), algodón, papa, berenjena, tabaco y soya para el control de varias plagas de insectos. Cada cultivo tiene un Bt específico que apunta a la plaga de insectos en ese cultivo. Donde el cultivo transgénico se cultiva en lugar de cultivos convencionales, las aplicaciones de insecticidas se han reducido considerablemente. La batalla continúa, sin embargo, a medida que los insectos desarrollan resistencia a Bt, dejando al cultivo susceptible al daño de los insectos.

Si bien el uso de la tecnología OGM requiere una inversión significativa para desarrollar un cultivo, la propagación y uso por parte de un agricultor es idéntica a la de sus homólogos convencionales. La simplicidad y efectividad de los cultivos transgénicos ha acelerado su adopción por parte de los agricultores. La tolerancia a los herbicidas OGM, por ejemplo, permite una sola aplicación posterior a la germinación que proporciona un mejor control de malezas, eliminando la necesidad de aplicar varios herbicidas diferentes en diferentes momentos y usar la eliminación mecánica de malezas. Esta única aplicación reduce el costo de combustible para los agricultores, reduce las emisiones de carbono y proporciona un excelente control de malezas. Se llama tolerancia a herbicidas porque se introducen genes en el cultivo para hacerlo tolerante (resistente) a un herbicida específico que mata las malas hierbas. La conveniencia para el agricultor proviene del uso de un solo herbicida con un tiempo flexible de aplicación al cultivo.

Preguntas de revisión

1. ¿Qué ventajas presenta un cultivo transgénico para un agricultor?
2. ¿Alguna de las ventajas de un cultivo transgénico para un agricultor se traduce en ventajas para el consumidor?
3. ¿Por qué los cultivos transgénicos fueron adoptados tan rápidamente por los agricultores?
4. ¿Cuáles son dos ejemplos de cultivos transgénicos que se adoptaron rápidamente?
5. ¿Qué necesita hacer un agricultor para adoptar un cultivo transgénico con resistencia a insectos?

Cultivos transgénicos en beneficio de la salud humana

Al principio del desarrollo de la tecnología, la mayoría del trabajo de OGM se centró en el agricultor y/o en problemas de producción. La tolerancia a herbicidas, la resistencia a insecticidas y la resistencia a los virus protegieron el cultivo o facilitaron la agricultura. Ahora hay, sin embargo, varios cultivos transgénicos desarrollados principalmente para el consumidor. El cultivo icónico de OMG de mayor nutrición es Golden Rice. Contiene genes introducidos que sintetizan caroteno en el endospermo. Se puede distinguir fácilmente el Arroz Dorado del arroz convencional por su color amarillo del caroteno acumulado, el mismo pigmento que se encuentra en las zanahorias (ver foto abajo). Cuando los humanos consumen el caroteno en el Arroz Dorado, se convierte en vitamina A, una vitamina esencial para la salud humana. El arroz molido convencional no contiene vitamina A, lo que resulta en deficiencias de vitamina A en millones de adultos y niños que consumen la mayor parte de sus calorías al comer arroz. El Proyecto Arroz Dorado estima el número de muertes infantiles causadas por deficiencia de vitamina A en 1.15 millones al año. La deficiencia de vitamina A también causa pérdida de la vista, mayor susceptibilidad a una serie de enfermedades y disminución del desarrollo intelectual. Si bien el Arroz Dorado mitigaría en gran medida el problema y se ha cruzado a muchos cultivares regionales, la adopción ha sido ralentizada o bloqueada por organizaciones anti-OGM. Continúa la investigación con el desarrollo del banano dorado y la yuca.

Grano de Arroz Dorado comparado con grano de arroz blanco en criba de plantas de Arroz Dorado. Instituto Internacional de Investigación del Arroz. CC BY 2.0.

Un cultivo OGM recientemente aprobado para su producción, la papa “Innata” ha introducido genes que reducen la producción de la neurotoxina acrilamida. La acrilamida se forma en muchos alimentos cocinados a partir de la reacción de aminoácidos, azúcares y calor. El riesgo de consumir acrilamida es algo polémico, pero el hecho de que sea una neurotoxina hace de esta una mejora importante para la papa. La papa “Innata” tiene otros dos genes introducidos que la hacen resistente al hongo del tizón de la papa y evita el dorado del tubérculo después de ser cortada o magullada. Queda por ver si esta papa es aceptada por los consumidores y la industria de comida rápida, donde se consumen muchas papas. Uno de los primeros cultivos transgénicos comercializados fue la papa “New Leaf”, la cual tuvo resistencia tanto a insectos como a virus. Los consumidores y la industria de comida rápida, liderados por organizaciones anti-OGM, montaron una campaña de miedo a los OGM que efectivamente terminó con el cultivo de esta papa. La papa “innata” reabre la discusión sobre los alimentos transgénicos.

Preguntas de revisión

1. ¿Cuáles son las diferencias en los rasgos que benefician al agricultor frente a los consumidores?
2. ¿Qué problemas de salud humana se pueden abordar utilizando la tecnología OGM?

¿Por qué los OGM son controvertidos?

Marcha contra Monsanto en Lethbridge Alberta. John Novotny. CC BY 2.0.

La abrumadora evidencia de la ciencia revisada por pares es que los cultivos transgénicos son seguros para los productores, los consumidores y el medio ambiente. Hay varias organizaciones anti-OGM que han sido efectivas en sensacionalizar preocupaciones y polémicas sobre la tecnología OGM. La primera preocupación sobre los OGM es que la tecnología no es natural. Un gen de una bacteria tendría escasas posibilidades de integrarse en el cromosoma de una planta sin que la tecnología interviniera, ¿o lo haría? Se han planteado preocupaciones sobre la contaminación genética, donde los genes de los cultivos transgénicos escaparían a cultivos convencionales o parientes malezas, produciendo supermalezas. La segunda causa principal de controversia es que varias grandes empresas químicas y agrícolas invirtieron fuertemente en tecnología OGM, para luego producir los primeros cultivos transgénicos. La tecnología OGM fue patentada por estas grandes empresas, aumentando las preocupaciones debido a los registros ambientales de estas empresas. La falta de un requisito federal para etiquetar los alimentos como OGM también avivó los temores de posibles riesgos.

Otras preocupaciones se han originado en el carácter técnico y el rápido desarrollo de los OGM, que muchos argumentan impidieron una evaluación completa del riesgo. Los argumentos se centraron en el potencial de una nueva tecnología para tener consecuencias no deseadas o desconocidas. Algunos especularon sobre la posibilidad de que los genes introducidos pudieran conducir a la producción de toxinas, alérgenos o carcinógenos, a pesar de las pruebas exhaustivas de estos compuestos en el proceso de revisión. A estas preocupaciones se sumó la decisión del Departamento de Agricultura de Estados Unidos de no exigir el etiquetado de alimentos de plantas transgénicas o que las contengan. Adicionalmente, las preocupaciones de los productores llevaron al rechazo de los cultivos OGM en la producción orgánica certificada. Cada uno de estos temas ha sido amplificado por organizaciones anti-OGM como el Proyecto Non-GMO, el Center for Food Safety y Greenpeace. El mensaje de estas organizaciones fue y sigue siendo que los alimentos transgénicos son inseguros para las personas y el medio ambiente, a pesar de la abrumadora evidencia científica en sentido contrario. Esta es la historia parcial del desarrollo y adopción y controversia de los cultivos transgénicos. Se puede esperar escuchar más sobre los OGM, especialmente el “Pinkglow” que dice Jimmy Kimmel “sabe exactamente como una piña”.

Preguntas de revisión

1. ¿Qué temas contribuyen a que la tecnología OGM sea polémica?
2. ¿Cuáles son las ventajas más significativas del uso de la tecnología OGM frente a la fitomejoramiento convencional?
3. ¿Por qué los cultivos producidos a partir de la tecnología OGM son revisados por las agencias federales y qué riesgos podrían representar?