8.2: Biotecnología e Ingeniería Genética

A principios de la década de 1990, una enfermedad emergente estaba destruyendo la producción de papaya de Hawai y amenazando con diezmar la industria de 11 millones de dólares (Figura\(\PageIndex{1}\)). Afortunadamente, un hombre llamado Dennis Gonsalves, quien fue criado en una plantación de azúcar y luego se convirtió en fisiólogo de plantas en la Universidad de Cornell, desarrollaría plantas de papaya genéticamente diseñadas para resistir el mortal virus. Al final de la década, la industria de la papaya hawaiana y los medios de vida de muchos agricultores se salvaron gracias a la distribución gratuita de semillas del Dr. Gonsalves.

Figura\(\PageIndex{1}\). Los síntomas del virus de la mancha anular de la papaya se muestran en el árbol (a) y el fruto (b). “Esta obra” está en el Dominio Público, CC0.

El desarrollo de una nueva cepa de cultivo es un ejemplo de biotecnología agrícola: una gama de herramientas que incluyen tanto técnicas tradicionales de mejoramiento como métodos más modernos basados en laboratorio. Los métodos tradicionales se remontan a miles de años, mientras que la biotecnología utiliza las herramientas de ingeniería genética desarrolladas en las últimas décadas. La ingeniería genética es el nombre de los métodos que utilizan los científicos para introducir nuevos rasgos a un organismo. Este proceso da como resultado organismos genéticamente modificados, o OGM. Por ejemplo, las plantas pueden ser modificadas genéticamente para producir características que potencien el crecimiento o el perfil nutricional de los cultivos alimentarios. Los OGM que son especies de cultivos se denominan comúnmente cultivos genéticamente modificados, o cultivos GE para abreviar

La Historia de la Modificación Genética de Cultivos

Casi todas las frutas y verduras que se encuentran en su mercado local no se producirían de forma natural. De hecho, existen sólo por la intervención humana que comenzó hace miles de años. Los humanos crearon la gran mayoría de las especies de cultivos mediante el uso de prácticas tradicionales de reproducción en plantas silvestres de origen natural. Estas prácticas se basan en la reproducción selectiva (reproducción asistida por humanos de individuos con rasgos deseables). Las prácticas tradicionales de reproducción, aunque de baja tecnología y sencillas de realizar, tienen el resultado práctico de modificar la información genética de un organismo, produciendo así nuevos rasgos.

Un ejemplo interesante es el maíz (maíz). Los biólogos han descubierto que el maíz se desarrolló a partir de una planta silvestre llamada teosinte. A través de prácticas tradicionales de mejoramiento, los humanos que vivían hace miles de años en lo que hoy es el sur de México comenzaron a seleccionar por rasgos deseables hasta que pudieron transformar la planta en lo que hoy se conoce como maíz. Al hacerlo, alteraron permanentemente (y sin saberlo) sus instrucciones genéticas, permitiendo que surgieran nuevos rasgos. Considerando esta historia, podríamos plantearnos la pregunta: ¿realmente existe tal cosa como el maíz “no transgénico”?

Figura\(\PageIndex{2}\). Un pasto silvestre llamado teosinte fue modificado genéticamente a través de la cría selectiva para producir lo que ahora se conoce como maíz (maíz). Este proceso de transformación inició hace miles de años por indígenas de lo que hoy es México. “Esta obra” de Nicolle Rager Fuller, Fundación Nacional de Ciencias es de Dominio Público, CC0.

Esta historia de modificación genética es común a casi todas las especies de cultivos. Por ejemplo, col, brócoli, coles de Bruselas, coliflor y col rizada se desarrollaron a partir de una sola especie de planta de mostaza silvestre (Figura\(\PageIndex{2}\)). La solanácea silvestre fue la fuente de tomates, berenjenas, tabaco y papas, esta última desarrollada por humanos hace 7.000 — 10,000 años en Sudamérica.

Figura\(\PageIndex{3}\). Brassica oleracea es una planta de la familia de la mostaza y se conoce como col silvestre. De ella se desarrollaron muchos cultivos familares, como coliflor, brócoli, coles de Bruselas, y por supuesto, repollo. “Brassica oleracea wild” de Kulac está licenciado bajo CC BY-SA 4.0

Mejoramiento Tradicional contra Ingeniería Genética Moderna

Para producir nuevos rasgos en ganado, mascotas, cultivos u otro tipo de organismo, casi siempre tiene que haber un cambio subyacente en las instrucciones genéticas de ese organismo. Lo que mucha gente podría no entender es que las prácticas tradicionales de reproducción sí, de hecho, resultan en cambios genéticos permanentes y, por lo tanto, es un tipo de modificación genética. Este malentendido puede surgir debido a que las prácticas tradicionales de mejoramiento no requieren sofisticados equipos de laboratorio ni ningún conocimiento de genética, lo que algunos pueden ver como una perquisita para la modificación genética.

¿Cómo se comparan las prácticas tradicionales de mejoramiento genético con la ingeniería genética moderna? Ambos resultan en cambios en la información genética de un organismo, pero la magnitud de esos cambios varía entre las dos técnicas (Figura\(\PageIndex{3}\)). La cría tradicional baraja todos los genes entre los dos organismos que se están criando, que pueden ascender a decenas de miles (el maíz, por ejemplo, tiene 32 mil genes). Al mezclar una cantidad tan grande de genes, los resultados pueden ser impredecibles. La ingeniería genética moderna es más precisa en el sentido de que los biólogos pueden modificar un solo gen. Además, la ingeniería genética puede introducir un gen entre dos especies distantemente relacionadas, como la inserción de un gen bacteriano en una planta. Tal transferencia puede parecer inusual, pero no está exenta de su equivalente en naturaleza. En un proceso llamado transferencia horizontal de genes, el ADN de una especie puede insertarse en una especie diferente. Un estudio reciente, por ejemplo, ha encontrado que los humanos contienen alrededor de 150 genes de otras especies, incluyendo bacterias.

Figura\(\PageIndex{4}\). Tanto la cría tradicional como la ingeniería genética moderna producen modificaciones genéticas. La ingeniería genética permite realizar menos modificaciones genéticas y más precisas. Gráfico FDA de Michael J. Ermarth (Methods of Plant Breeding) [CC0 Public Domain], vía Wikimedia Commons.

Beneficios potenciales de la ingeniería genética

Nutrición mejorada

Los avances en biotecnología pueden proporcionar a los consumidores alimentos enriquecidos nutricionalmente (Figura\(\PageIndex{4}\)), de mayor duración o que contienen niveles más bajos de ciertas toxinas naturales presentes en algunas plantas alimenticias. Por ejemplo, los desarrolladores están utilizando la biotecnología para tratar de reducir las grasas saturadas en los aceites de cocina, reducir los alérgenos en los alimentos y aumentar los nutrientes que combaten enfermedades en los alimentos. La biotecnología también se puede utilizar para conservar los recursos naturales, permitir que los animales utilicen de manera más efectiva los nutrientes presentes en los piensos, disminuir la escorrentía de nutrientes hacia ríos y bahías y ayudar a satisfacer las crecientes demandas mundiales de alimentos y tierras.

Figura\(\PageIndex{5}\). Arroz Blanco y Arroz Dorado. El “Arroz Dorado” genéticamente modificado contiene hasta 35 μg de β-caroteno por gramo de arroz, lo que podría prevenir millones de casos de ceguera en todo el mundo.

Producción más barata y más manejable

La biotecnología puede proporcionar a los agricultores herramientas que pueden hacer que la producción sea más barata y manejable. Por ejemplo, algunos cultivos biotecnológicos pueden diseñarse para tolerar herbicidas específicos, lo que hace que el control de malezas sea más simple y eficiente. Otros cultivos han sido diseñados para ser resistentes a enfermedades específicas de plantas y plagas de insectos, lo que puede hacer que el control de plagas sea más confiable y efectivo, y/o puede disminuir el uso de pesticidas sintéticos. Estas opciones de producción de cultivos pueden ayudar a los países a mantener el ritmo de las demandas de alimentos mientras reducen los costos de producción

Mejora del control de plagas

La biotecnología ha ayudado a que tanto el control de plagas como el manejo de malezas sean más seguros y fáciles al tiempo que protege los cultivos Por ejemplo, el algodón resistente a los insectos modificado genéticamente ha permitido una reducción significativa en el uso de pesticidas sintéticos persistentes que pueden contaminar las aguas subterráneas y el medio ambiente. En términos de mejor control de malezas, la soja, el algodón y el maíz tolerantes a herbicidas permiten el uso de herbicidas de riesgo reducido que se descomponen más rápidamente en el suelo y no son tóxicos para la vida silvestre y los humanos.

Figura\(\PageIndex{6}\). A nivel mundial, los cultivos GE representan el 12% de toda la producción agrícola en 2015. Aquí se muestran cultivos GE por nación. “Esta obra” de NASEM está en el Dominio Público, CC0.

Preocupaciones potenciales sobre cultivos genéticamente modificados

La complejidad de los sistemas ecológicos presenta desafíos considerables para los experimentos que evalúan los riesgos y beneficios de los cultivos de GE. Evaluar tales riesgos es difícil, ya que tanto los sistemas naturales como los modificados por humanos son altamente complejos y plagados de incertidumbres que tal vez no se aclaren hasta mucho después de que se haya concluido una introducción experimental. Los críticos de los cultivos GE advierten que su cultivo debe ser cuidadosamente considerado dentro de ecosistemas más amplios debido a sus beneficios potenciales y peligros para el medio ambiente.

Además de los riesgos ambientales, algunas personas están preocupadas por los posibles riesgos para la salud de los cultivos de GE porque sienten que la modificación genética altera las propiedades intrínsecas, o esencia, de un organismo. Como se discutió anteriormente, sin embargo, se sabe que tanto las prácticas tradicionales de mejoramiento genético como la ingeniería genética moderna producen modificaciones genéticas permanentes. Además, las prácticas tradicionales de reproducción en realidad tienen un impacto mayor e impredecible en la genética de una especie debido a su naturaleza comparablemente cruda. Considerando esto, es prudente que tanto los nuevos cultivos GE como los cultivos producidos tradicionalmente deben ser estudiados para detectar posibles riesgos para la salud humana.

Para abordar estas diversas preocupaciones, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina de Estados Unidos (NASEM) publicaron en 2016 un informe integral de 500 páginas que resume los conocimientos científicos actuales sobre los cultivos de GE. El informe, titulado Genetic Engineered Crops: Experiences and Prospects, revisó más de 900 artículos de investigación, además de comentarios públicos y testimonios de expertos. Los resultados de este reporte seminal, en adelante denominado “Informe de Cultivos GE” por brevedad, se comparten en las diversas subsecciones siguientes.

El mestizaje con especies nativas

A través del mestizaje o hibridación, los cultivos de GE podrían compartir su ADN genéticamente modificado con parientes silvestres. Esto podría afectar la genética de esos parientes salvajes y tener consecuencias imprevistas en sus poblaciones, e incluso podría tener implicaciones para el ecosistema más amplio. Por ejemplo, si un gen diseñado para conferir resistencia a herbicidas pasara de un cultivo de GE a un pariente silvestre, podría transformar la especie silvestre en una 'súper maleza', una especie que no podría ser controlada por herbicida. Su crecimiento desenfrenado podría entonces desplazar a otras especies silvestres y a la vida silvestre que depende de ella, inflexionando así el daño ecológico.

El Informe de Cultivos GE de NASEM encontró alguna evidencia de transferencia genética entre cultivos GE y parientes silvestres. No obstante, no hubo evidencia de daño ecológico por esa transferencia. Claramente, se justifica el monitoreo continuo, especialmente para los cultivos recién desarrollados.

Derecho de los consumidores a elegir

El Movimiento de la Federación Internacional de Agricultura Orgánica ha realizado esfuerzos estrictos para mantener los cultivos de GE fuera de la producción orgánica, sin embargo, algunos agricultores orgánicos estadounidenses han encontrado que sus cultivos de maíz (maíz), incluidas las semillas, contienen niveles detectables de ADN genéticamente modificado. El movimiento orgánico es firme en su oposición a cualquier uso de cultivos GE en la agricultura, y los estándares orgánicos prohíben explícitamente su uso (sin embargo, tenga en cuenta que incluso el maíz “orgánico” ha incurrido en modificaciones genéticas significativas en comparación con su pariente silvestre, el teosinte). Los agricultores, cuya semilla está contaminada, han estado bajo certificación orgánica rígida, lo que asegura que no utilizaron ningún tipo de material genéticamente modificado en sus fincas.

Cualquier rastro de cultivos de GE debe haber venido de fuera de sus áreas de producción. Si bien el origen exacto no está claro en este momento, es probable que la contaminación haya sido causada por la deriva del polen de los campos de cultivo de GE en las áreas circundantes. Sin embargo, la contaminación también puede provenir del suministro de semillas. Los productores de semillas, que pretendían suministrar semillas libres de cultivos de GE, también se han enfrentado a contaminación genética y no pueden garantizar que su semilla esté 100% libre de cultivos de GE.

Efectos ecológicos a largo plazo

Un estudio temprano indicó que el polen de un tipo particular de maíz genéticamente modificado puede ser dañino para las orugas de las mariposas monarca, Este tipo de maíz, conocido como maíz Bt, está modificado genéticamente para producir una proteína bacteriana que actúa como insecticida. Este rasgo es favorable porque reduce la cantidad de insecticidas utilizados por los agricultores. El polen del maíz Bt puede ser dañino para las orugas, pero solo a concentraciones muy altas. Estas concentraciones rara vez se alcanzan en la naturaleza y estudios de seguimiento han encontrado que el efecto del maíz Bt es insignificante.

GE Crop Report de NASEM documenta que la validez de ese estudio inicial de monarca fue cuestionada por otros científicos y esto finalmente condujo a un gran estudio multinacional financiado por Estados Unidos y Canadá. Encontraron que la gran mayoría del maíz Bt cultivado no representaba un riesgo para los monarcas. Sin embargo, una cepa de maíz Bt sí, y en consecuencia se retiró del mercado.

El Informe de Cultivos de GE también mencionó una amenaza separada para el monarca: la pérdida de algodoncillo, que es fundamental para el ciclo de vida de la mariposa. Algunos cultivos de GE están diseñados para resistir el herbicida glifosato. Los agricultores que utilizan estos cultivos pueden rociar todo su campo con el herbicida, que mata algodoncillo pero no su cultivo GE. Esto puede disminuir la cantidad de algodoncillo que crece dentro del rango de hábitat de los monarcas. El informe concluyó que se necesitan más estudios para cuantificar el impacto real que esto puede estar teniendo en las poblaciones de monarca.

Riesgo para la Salud Humana

Al menos algunos de los genes utilizados en los cultivos de GE pueden no haber sido utilizados en el suministro de alimentos antes, por lo que los alimentos GM pueden representar un riesgo potencial para la salud humana, como producir nuevos alérgenos. Pero esto también es cierto para los cultivos generados por las prácticas tradicionales de mejoramiento (porque ambos producen modificaciones genéticas y por lo tanto nuevos rasgos).

Al igual que otros temas científicos 'polémicos', el consenso científico sobre los cultivos de GE es bastante claro: son seguros. La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación ha concluido que los riesgos para la salud humana y animal derivados del uso de OMG son insignificantes. El Informe de Cultivos GE de NASEM encontró “no hay evidencia fundamentada de una diferencia en los riesgos para la salud humana entre los cultivos genéticamente modificados (GE) disponibles comercialmente actuales y los cultivos criados convencionalmente, ni encontró evidencia concluyente de causa y efecto de problemas ambientales de los cultivos GE”. El Consejo de Ciencia y Salud Pública de la Asociación Médica Americana, en 2012, declaró que “los alimentos bioingeniería se han consumido desde hace cerca de 20 años, y durante ese tiempo, no se han reportado y/o fundamentado consecuencias manifiestas para la salud humana en la literatura revisada por pares”. Declaraciones similares han sido hechas por el Consejo Nacional de Recursos de Estados Unidos y la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia, que publica la revista académica preeminente, Science.

El potencial de los cultivos de GE para ser alergénicos es uno de los posibles efectos adversos para la salud y debe continuar estudiándose, especialmente porque algunas evidencias científicas indican que los animales alimentados con cultivos GE han sido perjudicados. GE Crop Report de NASEM concluyó que al desarrollar nuevos cultivos, es el producto que debe estudiarse por posibles riesgos para la salud y el medio ambiente, no el proceso que logró ese producto. Lo que esto significa es que, debido a que tanto las prácticas tradicionales de reproducción como la ingeniería genética moderna producen nuevos rasgos a través de la modificación genética, ambas presentan riesgos potenciales. Por lo tanto, para la seguridad del medio ambiente y la salud humana, ambos deben ser adecuadamente estudiados.

Derechos de Propiedad Intelectual

Los derechos de propiedad intelectual son uno de los factores importantes en el debate actual sobre los cultivos GE. Los cultivos GE pueden ser patentados por las agroempresas, lo que puede llevar a que controlen y exploten potencialmente los mercados agrícolas. Algunos acusan a empresas, como Monsanto, de presuntamente controlar la producción de semillas y los precios, mucho en detrimento de los agricultores. GE Crop Report de NASEM recomienda más investigación sobre cómo la concentración de los mercados de semillas por parte de algunas empresas, y la consiguiente reducción de la competencia en el libre mercado, pueden estar afectando los precios de las semillas y los agricultores.

Cabe señalar que los cultivos desarrollados por la cría tradicional también pueden ser protegidos y controlados legalmente de formas similares a los cultivos GE. Jim Myers, de la Universidad Estatal de Oregón señala que “En todos menos algunos casos, todas las variedades contemporáneas desarrolladas por criadores privados están [legalmente] protegidas, y la mayoría de las variedades públicas también están protegidas”.

¿Son los cultivos GE la solución que necesitamos?

Se han destinado importantes recursos, tanto financieros como intelectuales, para responder a la pregunta: ¿son seguros los cultivos GE? Después de muchos cientos de estudios científicos, la respuesta es sí. Pero aún queda una pregunta importante: ¿son necesarias? Ciertamente, como en instancias como la papaya de Hawai, que fueron amenazadas con la erradicación debido a una enfermedad agresiva, la ingeniería genética fue una solución rápida y efectiva que habría sido extremadamente difícil, si no imposible, de resolver utilizando prácticas tradicionales de mejoramiento.

Sin embargo, en muchos casos, las promesas tempranas de los cultivos de GE —que mejorarían la calidad nutricional de los alimentos, conferirían resistencia a enfermedades y proporcionarían avances incomparables en los rendimientos de los cultivos— no han logrado en gran medida llegar a buen término. El Informe de Cultivos GE de NASEM afirma que si bien los cultivos GE han resultado en la reducción de la pérdida agrícola por plagas, la reducción del uso de pesticidas y la reducción de las tasas de lesiones por insecticidas para los trabajadores agrícolas, no han aumentado la tasa a la que avanzan los rendimientos de los cultivos en comparación con los cultivos no GE. Adicionalmente, si bien hay algunas excepciones notables como el arroz dorado o las papayas resistentes a virus, muy pocos cultivos de GE se han producido para aumentar la capacidad nutricional o para prevenir enfermedades de las plantas que pueden devastar los ingresos de un agricultor y reducir la seguridad alimentaria. La gran mayoría de los cultivos de GE se desarrollan con solo dos propósitos: introducir resistencia a herbicidas o resistencia a plagas.

La ingeniería genética de los cultivos representa una herramienta importante en un mundo de clima rápidamente cambiante y una población humana floreciente, pero como verá en el próximo capítulo, es solo una de las muchas herramientas que los agricultores pueden utilizar para producir suficientes alimentos para todos los seres humanos mientras trabajan simultáneamente para conservar el medio ambiente.

Lectura suplementaria sugerida:

Achenbach, J. 2015. “¿Por qué muchas personas razonables dudan de la ciencia?” Revista National Geographic. https://www.nationalgeographic.com/magazine/2015/03/science-doubters-climate-change-vaccinations-gmos/

NASEM. 2016. Cultivos Genéticamente Genéticos: Experiencias y Perspectivas. http://nas-sites.org/ge-crops/category/report/

Colaboradores y Atribuciones

• La historia de la modificación genética de los cultivos y ¿son los cultivos GE la solución que necesitamos? por Matthew R. Fisher están licenciados bajo CC BY 4.0.
• Essentials of Environmental Science by Kamala Doršner está licenciado bajo CC BY 4.0. Modificado del original por Matthew R. Fisher.
• “Alimentos genéticamente modificados y preocupaciones sociales” de Behrokh Mohajer Maghari y Ali M. Ardekani está licenciado bajo CC BY-NC 4.0. Modificado del original por Matthew R. Fisher.