Una nueva técnica tiene el potencial de cambiar los cultivos alimentarios que comemos todos los días, aumentar su sabor, la resistencia a las enfermedades y los rendimientos agrícolas, e incluso eliminar proteínas causantes de alergias o la intolerancia al gluten. Los científicos están trabajando con herramientas obtenidas desde la misma naturaleza para realizar estos cambios.
Ubicada en un vecindario suburbano de Long Island, una parcela casi 5 hectáreas puede estar creciendo y sembrando el futuro. Bajo un sol abrasador de julio, Zachary Lippman se inclina sobre una hilera de plantas de tomate de ciruela de 30 centímetros de altura para revelar flores amarillas en ciernes que producirán un tomate y madurarán durante el verano. Aquí, en los terrenos de una antigua granja lechera, se tiene toda la apariencia de una antigua tradición.
Pero dentro de un laboratorio cercano, Lippman avanzó el proceso de mejoramiento selectivo con un pequeño retoque en el propio ADN de la planta, y ahora el cultivo “editado” está a punto de dar fruto en el campo.
“Hay un largo camino por recorrer, pero lo que hemos podido hacer en los últimos cuatro o cinco años es increíble”, dice Lippman, profesor de genética del Laboratorio Cold Spring Harbor. “Es ciencia ficción”.
Él desarrolló las plantas utilizando la edición de genes, una tecnología basada en un proceso natural que permite a los investigadores cortar ciertos fragmentos de ADN para controlar las características físicas que codifican. La estructura genética de la célula luego se repara automáticamente, menos el gen objetivo (que se pretendía editar). Sus tomates ahora están programados para producir el doble de ramas y, como resultado, el doble de tomates.
La promesa de la edición de genes
En medicina, la edición de genes podría potencialmente curar enfermedades hereditarias, como algunas formas de enfermedad cardíaca, cáncer y un trastorno raro que causa la pérdida de la visión. En la agricultura, la técnica puede crear plantas que no solo producen mayores rendimientos, como los tomates de Lippman, sino también otros que son más nutritivos y más resistentes a la sequía y las plagas, características que pueden ayudar a los cultivos a soportar los patrones climáticos más extremos pronosticados en los próximos años.
Hoy en día, cientos de laboratorios de investigación y desarrollo están probando el potencial de CRISPR, el acrónimo de la técnica, para resolver una serie de inquietudes relacionadas con los alimentos tanto para los consumidores como para los agricultores: el trigo con bajo contenido de gluten que pueden tolerar los celíacos, un champiñón que no se pone negro cuando se golpea o se corta, soja baja en grasas no saludables, e incluso protege el suministro mundial de chocolate; la empresa de alimentos Mars está detrás de un esfuerzo por reforzar la capacidad del cacao para combatir un virus que está devastando el cultivo en África Occidental.
El primero de estos nuevos cultivos editados genéticamente, una canola, salió al mercado este año, y en 2019 habrá más. Los reguladores federales de Estados Unidos afirman que debido a que estas plantas no contienen ADN “extraño”, es decir, el ADN de virus o bacterias, ambos utilizados para crear los primeros organismos modificados genéticamente (OGMs) o transgénicos, no necesitan la regulación estricta ni los años de pruebas requeridos para los OGMs. Sin embargo, el 25 de julio, el alto tribunal de la Unión Europea dictaminó que regularía las plantas editadas genéticamente de la misma manera que los OGMs.
Los científicos agrícolas han estado mejorando las plantas a través de técnicas de ingeniería genética durante los últimos 25 años al transferir genes de una especie de planta (o bacteria) a otra. Estos OGMs han permitido a los agricultores, por ejemplo, controlar mejor las malezas con herbicidas menos tóxicos, o crear papayas resistentes a las enfermedades en Hawai.
A pesar de que la ciencia no ha demostrado ningún efecto adverso en la salud humana por comer OGMs, ha sido objeto de boicots de consumidores y estrictas regulaciones gubernamentales en toda Europa y algunos estados de EE. UU., estimulado por la desconfianza de las grandes corporaciones que desarrollan transgénicos y las ramificaciones de la mezcla de genes de dos especies
Pero las nuevas herramientas de edición de genes como Crispr (y otras) logran los mismos efectos sin transferir nuevos genes de un organismo a otro. La edición de genes también es más sencilla, económica y rápida que el desarrollo de transgénicos.
Debido a que la edición de genes es relativamente fácil para aquellos con capacitación adecuada e instalaciones básicas de laboratorio y no controladas estrictamente por algunas compañías, algunos expertos dicen que podría permitir a los países en desarrollo cultivar maíz tolerante a sequía o verduras enriquecidas con nutrientes sin comprar semillas caras de grandes empresas multinacionales. También es más rápido que los productores que cruzan metódicamente generaciones de especies de plantas para obtener finalmente la característica deseada: CRISPR se seca de encima de ese largo proceso.
“Un as bajo la manga”
“Se trata de encontrar formas más eficientes de mejorar la productividad de los cultivos”, dice Lippman, de 45 años, quien ha estado a la vanguardia de la investigación en edición de genes durante la última década.
Por generaciones, los mejoradores de tomate comerciales preferían menos y no demasiadas ramas, ya que la planta caería por debajo del peso de la fruta o sería incapaz de convertir esas flores adicionales en frutas, comprometiendo los rendimientos agrícolas. “Teníamos que encontrar el punto dulce”, dice.
Después de años de estudiar diferentes genes, los investigadores pudieron afinar la ramificación reduciendo la actividad de ciertos genes, además de hacer que los tomates fueran más fáciles de recoger al asegurarse de que el casquillo verde se adhiera a la planta en lugar de a la fruta.
“Todavía estamos trabajando con todo lo que la naturaleza ha proporcionado. Con el mejoramiento tradicional, cualquier característica que la naturaleza haya eliminado del ADN, esa es la mano con la que has jugado “, dice Lippman. “Con la edición de genes, ahora estás jugando al poker con ases bajo la manga”.
“Es como exceso de velocidad en la carretera”
Sin embargo, no todos están convencidos de que la edición de genes sea una mejora con respecto a los métodos de mejoramiento tradicional. La edición de genes realiza cambios permanentes en el genoma de una planta que se transmiten a través de las semillas. Otros dicen que los practicantes de CRISPR se benefician de las regulaciones de biotecnología que no han seguido el ritmo de los desarrollos.
“Este es el nuevo tipo de ingeniería genética, ya sea que se le llame transgénico [OGM] o no”, dice Jaydee Hanson, analista del Centro para la Seguridad Alimentaria, un grupo activista con sede en Washington, D.C. “Debería estar adecuadamente regulado. No estamos diciendo que deba detenerse, debemos saber qué se ha hecho”.
Sin embargo, las normas federales de etiquetado propuestas [en Estados Unidos] excluyen los alimentos que utilizan CRISPR y otras técnicas de edición de genes de esos requisitos, ya que las mutaciones no han introducido fragmentos del llamado ADN extraño (desde otra especie).
Los expertos en el campo sugieren que el éxito final de la edición de genes no será decidido por científicos, empresarios o activistas, sino por consumidores y agricultores.
Un investigador dice que podría producir un tomate más sabroso a través de la edición de genes al aumentar el licopeno para mejorar el sabor, pero se está conteniendo.
“No quiero ser el primero, pero me gustaría ser el segundo”, dice Harry Klee de la Universidad de Florida. “Es como acelerar en la carretera”.
Klee tiene un buen mercado para sus semillas de variedades de tomate desarrollados por cruce tradicional; duda en presentar los editados por CRISPR debido al comodín de la recepción pública.
Evolucionando con los tiempos
A unas pocas millas de las afueras de Clark, Dakota del Sur, Jason McHenry y su padre administran una granja de 1,500 acres que cultiva trigo, maíz, soya y ganado. Hace unos 20 años, McHenrys siembra maíz y soya genéticamente modificada (GM) que resisten plagas como los gusanos nematodos y las malezas, lo que les permite usar menos productos químicos.
“Simplificó la vida y nos ayudó a superar las malas hierbas”, dice McHenry, de 33 años, un agricultor de tercera generación. También ahorra dinero de la operación y aumentó la producción.
Al mismo tiempo, se da cuenta de que algunos consumidores evitan los OGMs, incluidas sus dos hermanas, que están criando familias en el área. La soya también ha estado bajo presión porque el aceite de cocina a base de soya tiene un alto contenido de grasas trans que elevan los niveles de colesterol y pueden contribuir a la enfermedad cardíaca. La FDA exigió a las compañías de alimentos que los eliminaran por completo antes de junio de 2018.
Pero el año pasado, en una reunión de productores de soya de Dakota del Sur, McHenry escuchó acerca de un nuevo tipo de planta de soya que produce un aceite más saludable, rico en ácido oleico, que se encuentra en el aceite de oliva y las paltas.
La planta se creó utilizando Talen, otra técnica de edición de genes desarrollada en la Universidad de Minnesota y licenciada por la empresa de biotecnología Calyxt. La soya tuvo cambios en dos genes involucrados en la síntesis de ácidos grasos; así, el aceite resultante no tiene grasas trans y es adecuado para cocinar, freír y hornear.
McHenry y su padre decidieron plantar 80 acres. “Si vamos a hacer un Estados Unidos más saludable, tiene que comenzar con nosotros”, dice McHenry. “Mis hermanas se iluminaron y dijeron ‘esto es lo que tenemos que hacer’”.
McHenry está ahora en su segunda cosecha. Calyxt proporciona las semillas y luego vuelve a comprar los granos de soya después de la cosecha. La compañía los aplasta para extraer el aceite, mientras que la “papilla” sobrante se usa para alimentar vacas y cerdos.
La demanda del mercado también es importante para los agricultores como McHenry. “Comenzamos con un campo y solo vamos a ver cómo funciona”, dice. “No tiene sentido producir algo si la gente no lo quiere”.
El director ejecutivo de Calyxt, Federico Tripodi, dice que las empresas comerciales de alimentos están evaluando el aceite para cocinar y como ingrediente en productos horneados, mantequillas y sustitutos de carne vegetariana. Espera tener un comprador pronto.
“En los Estados Unidos hay una gran desconfianza pública hacia los OGMs”, dice Tripodi. “En parte, esto se debe a la percepción de que estos productos no son naturales y están desarrollados para el beneficio de grandes corporaciones, no de los consumidores. Al mismo tiempo, hay un número creciente de consumidores con temores relacionados con la salud, como la diabetes, la obesidad y las alergias a los alimentos que afectan directamente a sus elecciones alimentarias”. Además de su producto bajo en grasa, Calyxt también está desarrollando un trigo alto en fibra y bajo en gluten.
Exportando conocimiento
Los genetistas de plantas también esperan llevar la edición de genes a los agricultores del mundo en desarrollo que carecen de recursos y herramientas de alta tecnología.
Samuel Acheampong creció en un pueblo en las afueras de Cape Coast, Ghana, donde los camotes son un alimento básico. Un estudiante graduado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Acheampong está desarrollando una batata más grande utilizando la técnica CRISPR.
Dentro de su laboratorio en el extenso campus de Raleigh, Carolina del Norte, Acheampong explicó cómo trazó el mapa del genoma de la variedad de camote mejorado en los Estados Unidos que está utilizando para identificar la ubicación de un conjunto de genes, llamado CWII, que regula el flujo de azúcar desde la fotosíntesis en las hojas hasta las raíces y tubérculos.
Al eliminar estos inhibidores con CRISPR, la planta puede enviar más azúcar a las raíces. Este azúcar extra, según proyecta producirá camotes más grandes, su primer objetivo.
Si bien el proceso de CRISPR tipo tijera molecular es bastante sencillo, identificar y secuenciar los genes y analizar su función puede llevar varios años, dice Acheampong.
Ha comenzado a cultivar unas cuantas células diminutas de camote. El siguiente paso es realizar la edición del gen en las células, convertir las células en plantas y luego hacerlas lo suficientemente grandes para el invernadero y, finalmente, las pruebas de campo.
Acheampong está pasando el verano recolectando muestras de ADN de las 50 variedades de camote de Ghana. Una vez de regreso al laboratorio, secuenciará sus genomas para localizar el gen CWII. En experimentos futuros, usará CRISPR para reforzar la resistencia de la planta a varios virus destructivos en África, junto con el aumento del betacaroteno. El betacaroteno es un precursor de la vitamina A, que se necesita para una visión sana y mantener el sistema inmunológico del cuerpo, especialmente en mujeres embarazadas, niños y personas que son VIH positivas.
“La deficiencia de vitamina A es un problema en Ghana. Así que se quiere ayudar a solucionar esto mejorando el beta-caroteno “, dice Acheampong. “Podemos hacer esto en dos o tres años. Todo lo que aprendo aquí me lo llevo a Ghana “.
La primera aplicación exitosa de CRISPR se produjo en 2013, y ha estado impulsando el alboroto y la inversión desde entonces. Actualmente es el método más simple, más accesible y preciso de manipulación genética. Fuente: Nicholas Kalaitzandonakes, Universidad de Missouri.
“CRISPR ha sido democratizado”
Alimentado por investigadores como Acheampong, la tecnología de edición de genes se está extendiendo rápidamente desde los Estados Unidos y Europa al mundo en desarrollo. Una forma de medir el aumento de CRISPR y otras formas de edición de genes es mediante una publicación científica.
De las doce docenas de artículos publicados en todo el 2008, las presentaciones de artículos científicos relacionados con CRISPR (para todas las aplicaciones, no solo agroalimentarias) ahora son 10 por día, y en breve alcanzarán un total de 10,000, según Rodolphe Barrangou, un pionero en el campo y uno de los descubridores de cómo las bacterias utilizan CRISPR para defenderse de los virus invasores. Ese hallazgo llevó a aplicaciones en la edición de genes.
“CRISPR ha sido democratizado”, dice Barrangou, quien es editor en jefe del recién creado CRISPR Journal y también supervisa un laboratorio multidisciplinario de CRISPR en NC State. “Con 100,000 laboratorios y 10 personas por laboratorio, ahora podemos tener más de un millón de genetistas trabajando con esta tecnología”.
Barrangou comenzó su carrera como científico de alimentos en DuPont. Después de que ayudó a establecer cómo funciona CRISPR en la naturaleza en 2007, lo utilizó para resolver problemas en cultivos comerciales de yogur y queso, donde las cepas de fermentación con frecuencia son atacadas por virus. Hoy él y su laboratorio están trabajando para desarrollar nuevos probióticos que promuevan la salud intestinal.
Barrangou es naturalmente optimista sobre CRISPR y su potencial tanto para curar enfermedades como para ayudar a alimentar al mundo. Encontrar nuevas formas de aumentar la producción de alimentos es esencial, especialmente porque el cambio climático hace que las condiciones del clima, el agua y el suelo sean más impredecibles. También es realista en que todavía hay algunos cuellos de botella que superar.
“Los académicos no van a alimentar al mundo”, dice Barrangou en la oficina de su campus. “Van a permitir, con su conocimiento científico, a personas que puedan permitir que el mundo se alimente por sí mismo. “Son los agricultores quienes cultivan la mayoría de nuestros alimentos, no los académicos, y los agricultores obtendrán sus semillas de las compañías de semillas”.
Lenta pero seguramente, las compañías de semillas están aprovechando la edición genética con CRISPR para cultivos comerciales destinados a ser ingredientes derivados del maíz, el trigo, el lino y la canola. El siguiente paso serán los alimentos como las frutillas o los tomates que los consumidores realmente pueden tocar y probar.
Trayendo el trabajo a casa
Para Zachary Lippman, la última prueba de fuego para el consumidor fue dentro de su propia casa: su esposa, Shira, tiene reservas acerca de comer alimentos producidos a través de la biotecnología.
Él revolvió dos tomates, un OGM y uno sin OGM, a sus espaldas y le pidió que eligiera. Sin saber cuál era el OGM, ella no comería ninguno de los dos.
Pero con el tiempo, Lippman y su esposa, y sus seis hijos, han masticado el trabajo que hace. Él dice que estas discusiones familiares han conducido a una mejor comprensión de por qué las personas pueden tener dificultades para aceptar alimentos genéticamente modificados, pero también sus beneficios.
Ahora, cuando juega el mismo juego de adivinanzas con uno de sus tomates genéticamente editados, su esposa tiene una respuesta diferente.
“Ella va a comer un tomate”, dijo. ¿Los niños? A ninguno de ellos les gustan los tomates.
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