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Biotecnología y edición genética para evitar que cultivos acumulen metales pesados del suelo


La ingeniería genética así como las nuevas técnicas de edición de genes, ofrecen un enfoque disruptivo para desarrollar cultivos que no acumulen metales pesados (presentes naturalmente en diversas regiones del mundo), especialmente en arroz, donde hay un problema grave en acumulación de arsénico, compuesto altamente cancerígeno.


Genetic Literacy Project / .- Uno de los problemas más apremiantes en la salud pública es la presencia de elementos tóxicos en los alimentos, que potencialmente arriesgan la salud de millones de personas.

La presencia de elementos tóxicos como el arsénico, el cadmio, el plomo y el mercurio, especialmente en el arroz y los productos alimenticios a base de arroz, es una grave preocupación, que requiere atención urgente de las políticas públicas.

El arsénico, un carcinógeno humano de clase I, se encuentra en cantidades sustanciales en el arroz cultivado en países del sudeste asiático como India, Bangladesh, partes de China y Estados Unidos. Una investigación reciente de alimentos para bebés de los principales fabricantes en los Estados Unidos encontró que el 95% contenía plomo, el 73% contenía arsénico, el 75% contenía cadmio y el 32% contenía mercurio. Alrededor del 25% de los alimentos probados contenía los cuatro elementos tóxicos, aunque a niveles que es poco probable que representen un riesgo para la salud humana. Casi el 75% de las muestras analizadas en Australia contenían arsénico inorgánico que excedía el límite máximo de seguridad de la UE para bebés y niños. Sin embargo, estas cifras son muy limitadas, si no completamente no disponibles, para los países del sudeste asiático, donde se cree que la exposición a metales pesados ​​es peor y puede justificar los pedidos de regulaciones urgentes.

Si bien los granos contaminados con metales pesados ​​siguen siendo un grave problema de salud mundial, los recientes avances en el fitomejoramiento, tanto en ingeniería genética como en edición de genes, están permitiendo a los científicos desarrollar variedades de cultivos que contienen niveles muy bajos de metales pesados ​​potencialmente dañinos. Ya se ha producido arroz con bajas cantidades de arsénico, y otros cultivos como la mostaza podrían reducir la exposición de los consumidores al selenio, aunque una regulación estricta puede mantener estas variedades mejoradas fuera del mercado.

La exposición al arsénico puede afectar negativamente el desarrollo del cerebro y el coeficiente intelectual en los niños. La acumulación de elementos tóxicos como el arsénico en el cuerpo adulto puede provocar una variedad de enfermedades que incluyen cáncer, enfermedades cardiovasculares, lesiones cutáneas y defectos de nacimiento en los recién nacidos. Las concentraciones de arsénico inorgánico en muchas variedades de arroz de Bengala (India) y Bangladesh a menudo pueden exceder 0.2 mg/kg, el límite seguro propuesto por la Comisión Alimentaria del Codex, y el arsénico total puede ser tan alto como 1.7 mg/kg en algunas variedades .

La investigación sugiere que la concentración de arsénico inorgánico en las variedades de arroz aumentará dos veces a medida que continúe el cambio climático. Dada la magnitud de este problema, es sorprendente que no existan regulaciones para contener elementos tóxicos, especialmente arsénico en el arroz y los alimentos a base de arroz, en países como India y Bangladesh. Aunque los Estados Unidos y la Unión Europea han promulgado regulaciones para controlar los elementos tóxicos en los alimentos, y la mayoría de los alimentos presentan un riesgo mínimo a este respecto, varios estudios han demostrado que el arsénico y el plomo pueden ser tóxicos en concentraciones muy bajas. Por lo tanto, los reguladores deben garantizar que los límites de seguridad se reduzcan gradualmente para proteger aún más la salud pública.

Entonces, ¿cómo los elementos tóxicos como el arsénico terminan en nuestros alimentos? ¿Qué opciones tenemos para minimizarlos?

Resulta que el arsénico y otros elementos tóxicos están naturalmente presentes en el suelo y el agua subterránea. En algunas regiones del mundo, como las mencionadas anteriormente, ocurren en mayores concentraciones que en otras. Cuando los cultivos en esos suelos se riegan con agua subterránea contaminada, las plantas terminan absorbiendo estos elementos tóxicos del suelo y el agua. Luego, las plantas transportan estos elementos desde sus raíces hasta sus granos, las partes comestibles. Como el cultivo de arroz requiere grandes volúmenes de agua, crea un ambiente esencialmente anaeróbico en el que el arsenito, la forma más tóxica de arsénico, está más fácilmente disponible para su absorción.

Por esta razón, el arroz es especialmente bueno para absorber arsénico. Aunque la mayor parte del arsénico de los granos de arroz se puede eliminar mediante el pulido, la creciente preferencia por el arroz integral entre los consumidores y el amplio uso de la harina de arroz en la preparación de alimentos para bebés significa que debemos encontrar una solución alternativa y efectiva para la contaminación por arsénico.

Para minimizar los elementos tóxicos en nuestros alimentos, es posible que no tengamos que mirar más allá de las plantas que los acumulan. Dado que estos elementos son tóxicos para las plantas mismas, han desarrollado mecanismos para restringir y eliminar los elementos tóxicos en las vacuolas, los vertederos en las células de las plantas. Algunas cantidades diminutas pueden escapar y alcanzar los granos, que todavía son tóxicos para los humanos. Pero resulta que las diferentes variedades de arroz varían en la cantidad de elementos tóxicos que permiten llegar a los granos, y algunas variedades como Basmati y otras variedades de arroz aromático permiten que solo cantidades muy pequeñas lleguen a sus granos, gracias a sus genes.

Después de que el arsénico y otros elementos tóxicos ingresan al sistema de la planta a través de canales en la membrana de la planta, un tipo de poros que permite el paso de nutrientes y otras sustancias, forman complejos con un tipo de moléculas llamadas fitoquelatinas (PC). Estos complejos son arrastrados y vaciados en vacuolas por algunos genes transportadores, genes que ayudan a transportar sustancias a través de las membranas biológicas.

Los ejemplos de tales genes en el arroz y otras plantas incluyen algunos transportadores ABC, llamados así porque usan la energía de la hidrólisis de ATP para funcionar y los genes MATE (proteínas de extrusión de compuestos tóxicos y multidrogas), la misma clase de genes que a veces son responsables de la resistencia a los antibióticos en bacterias

Una estrategia simple para producir arroz tolerante al arsénico es identificar nuevas versiones de estos genes a partir de germoplasmas disponibles y transferirlos a variedades de arroz de alto rendimiento mediante polinización artificial y utilizando marcadores de ADN para la selección. La ventaja de este enfoque es que las variedades desarrolladas requieren solo el mismo nivel de regulaciones aplicadas a las variedades tradicionales.

Un enfoque más radical es modificar genéticamente el arroz utilizando genes de bacterias resistentes al arsénico y otras especies. Algunas especies de bacterias y hongos que habitan en suelos contaminados con arsénico han desarrollado resistencia al arsénico. Los científicos pueden empalmar genes específicos de esos microorganismos y transferirlos a plantas alimenticias utilizando los métodos de ingeniería genética. También es posible regular hacia arriba o hacia abajo la regulación de genes específicos, de modo que su actividad sea potenciada o suprimida, respectivamente. Los científicos han observado, por ejemplo, una acumulación marcadamente menor de arsénico en el arroz al expresar genes de Ceratophylum demersum, una planta acuática que acumula arsénico. Sin embargo, las variedades de arroz de alto rendimiento con baja acumulación de arsénico, GM o convencional, apenas están disponibles para el cultivo.

Un problema con los cultivos transgénicos es que la regulación estricta retrasa su introducción. Puede llevar casi una década y costar más de $ 100 millones llevar un cultivo transgénico al mercado. Aunque el arroz GM con baja acumulación de arsénico es un desarrollo importante, dados los niveles actuales de regulaciones requeridas, puede tener más sentido desarrollar variedades mediante la transferencia de genes de fuentes de la misma especie. Sin embargo, nuestro esfuerzo por el arroz GM con menos acumulación de arsénico y la exploración de tecnologías más nuevas, como la edición de genes, continuará. La edición de genes puede solucionar algunos de los problemas con la tecnología GM, ya que la edición de genes sin la introducción de ADN extraño busca introducir cambios en el genoma a corto plazo que también pueden lograrse mediante mejoramiento convencional a largo plazo.

Al final, el rol de los responsables de las políticas es garantizar que se mantengan estándares de seguridad adecuados y que los límites seguros actuales de los elementos tóxicos en los alimentos se reduzcan gradualmente a límites aún más bajos para garantizar una mayor protección. Se debe investigar la presencia de elementos tóxicos en más y más amplias variedades de alimentos y productos alimenticios. El arroz y los productos a base de arroz deberían seguir siendo una prioridad. Mientras tanto, debemos dirigir más recursos para desarrollar variedades de arroz que inherentemente acumulen significativamente menos arsénico en los granos para proteger la salud pública en todo el mundo.


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