Después de la domesticación de las plantas, el mejoramiento genético de los cultivos ha sido la tecnología más importante para la productividad agrícola. Sin embargo, factores inesperados como el cambio climático podrían volver a comprometer la seguridad alimentaria y la inocuidad de los alimentos.

Por ello, necesitamos cambiar nuestro modelo agrícola para alimentar a una población mundial en crecimiento, utilizando los recursos naturales de forma sostenible. Con los avances de la física, la química, y las tecnologías de la información, la biotecnología agrícola cuenta con poderosas herramientas, antes inimaginables, para garantizar nuestra alimentación futura.

El surgimiento de la biotecnología agrícola moderna

Gracias al descubrimiento de la existencia natural de un sistema de transferencia de ADN (información genética) de una bacteria (Agrobacterium tumefaciens) a las plantas¹, estas fueron uno de los primeros organismos manipulados genéticamente (MG), también conocidos como transgénicos, para el servicio de la humanidad².

Desde el desarrollo de las primeras plantas MG usando Agrobacterium, al menos 44 países han aprobado el uso de 40 cultivos transgénicos, con 41 rasgos comerciales^3,4, incluyendo a los cultivos más importantes para la alimentación como maíz, arroz, trigo y frijol. Las principales modificaciones hechas incluyen la tolerancia a herbicidas, insectos, sequía y enfermedades, y rasgos como fotosíntesis más eficiente y mayor biomasa.

La biotecnología agrícola cuenta con poderosas herramientas para garantizar nuestra alimentación futura.

Riesgos y aportaciones

La tecnología que más ha impactado la agricultura en los últimos tiempos es la transgénica. Para el 2022, la adopción mundial de cultivos transgénicos alcanzó 202.2 millones de hectáreas (Mha), pero en México se limitó a la siembra de 16 mil hectáreas de algodón⁵.

Los seres humanos y los animales hemos consumido alimentos MG, sin evidencia de efectos nocivos, durante cerca de 25 años, indicando que los cultivos transgénicos son tan seguros como cualquier otro. Una serie de análisis de publicaciones científicas a lo largo de dos décadas confirma que los cultivos transgénicos no representan riesgo alguno para la salud humana ni del ganado⁴, e instituciones como la Organización Mundial de la Salud concluyeron que “consumir alimentos que contengan ingredientes derivados de cultivos transgénicos no es más riesgoso que consumir los mismos alimentos que contienen ingredientes de plantas cultivadas modificadas mediante técnicas convencionales de mejora vegetal”⁴.

Utilizar plantas MG para mayor resistencia a insectos ha reducido el empleo de plaguicidas en 36.9%, fomentando el uso de productos más amigables con el medio ambiente. 25 años de agricultura con cultivos MG resultaron en un beneficio económico neto a nivel de finca de 261.3 mil millones de dólares, de los cuales 55% fueron en beneficio de agricultores de países en desarrollo^5,6.

Hemos consumido alimentos MG, sin evidencia de efectos nocivos, durante cerca de 25 años.

A pesar de todo esto, los cultivos transgénicos han sido fuertemente cuestionados por motivos político-económicos. Si el mundo dejara de usar los cuatro principales cultivos MG (algodón, canola, maíz, soya), se requerirían 23.4 millones de hectáreas (Mha) adicionales para cultivo, equivalente a la superficie del estado de Chihuahua, de las cuales 53% serían tierras nuevas destinadas a la agricultura, incluidas 5.1 Mha de deforestación^5,6.

La situación actual

El mejoramiento convencional de los cultivos se ha centrado en su productividad, mediante el aumento gradual del rendimiento y la resistencia a enfermedades y plagas. Otras innovaciones incluyen mejoras para su uso en la industria farmacéutica, la de combustibles, y la textil. Sin embargo, se ha descuidado el valor nutricional de los cultivos, a pesar de que su biofortificación es de particular interés para los países de bajos ingresos, pues los micronutrientes y las vitaminas son fundamentales en el desarrollo físico y mental del ser humano desde el desarrollo fetal.

La biotecnología agrícola es la única alternativa para mejorar el contenido de micronutrientes en un cultivo en el cual no se encuentran naturalmente. Ya se han diseñado numerosos cultivos con mayor contenido de vitaminas, minerales, aminoácidos esenciales y ácidos grasos esenciales, siendo el arroz dorado el ejemplo más conocido de estos éxitos (ver Figura 1).

Figura 1. Mejoramiento genético del arroz dorado.

¿Hacia dónde vamos?

Se ha planteado dilucidar el genoma de todas aquellas especies vegetales de uso agrícola resguardadas en los principales centros de recursos genéticos del mundo, recursos que abarcan la diversidad que existe dentro de los cultivos, y entre ellos y sus parientes silvestres, y constituyen la base biológica de la producción mundial de alimentos.

Los países desarrollados utilizan cada vez más satélites, drones, sensores y tractores guiados por láser para recopilar miles de datos sobre las condiciones ambientales de un campo de cultivo, como temperatura, humedad y composición del suelo, que son analizados mediante inteligencia artificial (agricultura de precisión). Los científicos esperan combinar la agricultura de precisión, la genómica y la edición genómica^7,8 para desarrollar cultivos con mejor rendimiento en entornos específicos.

La edición genómica (con tecnología CRISPR) permite la conversión una base en otra de manera programable de manera precisa y estable^8,9, y se ha utilizado eficazmente para generar variedades vegetales no transgénicas resistentes a herbicidas, el principal logro de los cultivos transgénicos. Un ejemplo notable del potencial de la edición genómica es la domesticación de novo de un tomate silvestre. Los tomates modernos se ven fácilmente afectados por el estrés ambiental, mientras que uno de sus parientes silvestres es muy resistente a ataques por bacterias y a la salinidad. Pero el pariente silvestre tiene características indeseables, como frutos pequeños, bajo valor nutricional y sensibilidad a la duración del día. Mediante la edición puntual de tan solo ocho genes de este tomate silvestre, se logró obtener uno muy semejante al moderno, pero que conserva la resistencia a las bacterias y la salinidad¹⁰.

Si el mundo dejara de usar los 4 principales cultivos manipulados genéticamente, se requerirían 23.4 millones de hectáreas adicionales para cultivo.

Así, la edición del genoma podría ayudar a la mejora de los cultivos, obteniéndose variedades con rasgos deseables e inalcanzables con la tecnología transgénica convencional, como la tolerancia a varias enfermedades, resistencia a insectos, tolerancia a estrés abiótico, así como mejores propiedades nutricionales y organolépticas, todo en una misma planta.

Si bien se ha demostrado que las plantas modificadas genéticamente son seguras, y que en México existen todos los elementos que permiten aplicar esta tecnología para la seguridad alimentaria, hay una oposición sin bases científicas que ha limitado este desarrollo. ¿Debemos renunciar al aprovechamiento de esta tecnología, o la adoptamos para un futuro más promisorio?

Referencias

1. Chilton, M.D., Drummond M.H., Merio D.J., Sciaky D., Montoya A.L., Gordon M.P., and Nester E.W. 1977. Stable incorporation of plasmid DNA inbto higher plant cells: the molecular basis of crown gall tumorigenesis. Cell 11: 263-271.

2. Herrera-Estrella L., Van den Broeck G., Maenhaut R, Van Montagu, M., Schell J., Ti,ko M., and Cashmore A. 1984. Light-inducible and chloroplast-associated expression of a chimaeric gene introduced into Nicotiana tabacum using a Ti-plasmid vector. Nature 310: 115-120.

3. Van Montagu M. 2019. The future of plant biotechnology in a globalized and environmentally endangered world. Genet Mol Biol. 43: e20190040.

4. ISAAA’s GM Approval Database, http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/.

5. Brookes G. 2022. Genetically Modified (GM) Crop Use 1996–2020: Impacts on Carbon Emissions. GM Crops & Food, 13: 242-261.

6. Brookes G. and Barfoot P.  2020. Environmental impacts of genetically modified (GM) crop use 1996–2018: impacts on pesticide use and carbon emissions. GM Crops & Food, 11: 215-241.

7. https://www.youtube.com/watch?v=eLsLXKn2gK8

8. Zhu H., Li C., and Gao C. 2020. Applications of CRISPR–Cas in agriculture and plant biotechnology. Nat Rev Mol Cell Biol 21, 661–677.

9. Mishra R., Joshi R.K., and Zhao K. 2020. Base editing in crops: current advances, limitations and future implications. Plant Biotechnol J. 18: 20-31.

10. Zsögön, A., Čermák, T., Naves, E. et al. De novo domestication of wild tomato using genome editing. Nat Biotechnol 36, 1211–1216 (2018). https://doi.org/10.1038/nbt.4272.