Como los cultivos transgénicos pueden aportar a la lucha contra la desnutrición

img1Actualmente hay alrededor de 800 millones de personas que padecen hambre en el mundo, y unos 2.000 mil millones sufren algún tipo de deficiencia nutricional importante [1]. Consolidar una seguridad alimentaria global se vuelve mucho más esencial cuando se proyecta que el crecimiento poblacional aumentará la población a 9,6 mil millones de habitantes en 2050. Esto no solo demandará que el suministro alimentario global aumente en un 70% [2], sino también alimentos más nutritivos, especialmente para los países con problemas de deficiencia nutricional.

Algunas estrategias para combatir lo anterior han sido los programas internacionales de ayuda alimentaria mediante suplementos en cápsulas o fortificación de los alimentos locales en su fase de producción. Sin embargo, el éxito de estos ha sido variable. Otra estrategia promisoria ha sido el desarrollo de cultivos básicos con mayor nivel de nutrientes mediante programas de fitomejoramiento, de forma que la población pueda acceder a un nutriente específico a través del cultivo del que prácticamente depende su dieta diaria; por ejemplo, el arroz en Asia, o el sorgo y el plátano en África. De esta forma, los cultivos biofortificados son una alternativa importante para aliviar la malnutrición en el mundo [3].

La biofortificación de cultivos se puede lograr mediante mejoramiento convencional o por ingeniería genética. A pesar de su éxito, el mejoramiento convencional se limita a plantas estrechamente relacionadas (sexualmente compatibles), y por lo tanto depende directamente de la variación natural del nutriente de interés; además requiere bastante tiempo para estabilizar el rasgo buscado. Aunque ciertas técnicas de biotecnología moderna (no la transgenia) pueden acelerar el mejoramiento convencional, el número mínimo de generaciones necesarias para cultivos de propagación clonal (por ejemplo, papas, camote, plátano y yuca) se estima en 7 generaciones, para los cultivos de auto-fertilización (por ejemplo, arroz, trigo y sorgo) 9 generaciones y para los cultivos de polinización cruzada (por ejemplo, maíz), 17 generaciones [4].

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Comparación de mejoramiento convencional e ingeniería genética para biofortificación de cultivos básicos con betacaroteno. Las barras azules indican la variación de betacaroteno lograda mediante mejoramiento convencional, y las rojas indican los niveles de betacaroteno alcanzados por ingeniería genética [5].

También, las estrategias de mejoramiento con ingeniería genética pueden ser redirigidas hacia la acumulación de un nutriente objetivo inexistente en un tejido deseado, tal como el endospermo de los cereales, sin comprometer el contenido de micronutrientes en la molienda.

Hasta el momento se ha progresado bastante en el aumento del contenido de vitaminas en cultivos básicos mediante este enfoque. Un ejemplo es la biofortificación de betacaroteno, el precursor de la vitamina A, altamente importante para el funcionamiento normal de la visión y el sistema inmunológico. A nivel global, la deficiencia severa de esta vitamina causa 500.000 casos de ceguera irreversible, millones de casos de xeroftalmia, y  hasta 2 millones de muertes al año, gran parte de estas en niños menores de 5 años [6].

El primer cultivo genéticamente modificado (GM) para producir betacaroteno fue el arroz, un importante cereal que no posee este nutriente en su grano. Conocido como “arroz dorado”, su versión actual se obtuvo tras una inserción de un gen proveniente de una bacteria (Erwinia uredovora) y otro del maíz [7]. Alrededor de 150 g de este arroz suplen la cantidad recomendada de vitamina A en un niño.

A pesar de que ha pasado las pruebas de bioseguridad y consumo humano [8][9][10], y que la tecnología fue desarrollada con fines humanitarios por un consorcio público-privado que liberó la patente para su uso en países en desarrollo, este arroz lamentablemente aún no ha sido autorizado en ningún país, en parte debido a la excesiva regulación propia de los cultivos GM y la fuerte oposición de movimientos ecologistas.

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De izquierda a derecha: Arroz común; Golden Rice 1: Primera generación de arroz dorado; Golden Rice 2: Segunda generación de arroz dorado. Fuente: goldenrice.org

Otro ejemplo es la “banana dorada”, que desarrolló un investigador australiano tras insertar un gen de una banana de Papua Nueva Guinea, y otro de Erwinia uredovora, en la banana Cavendish (la variedad más popular) [11]. La tecnología desarrollada en Australia se transfiere contantemente a un grupo de investigadores públicos de Uganda, quienes están modificando las variedades EAHB y Sukali Ndizi, las dos más consumidas en África. Actualmente se sigue aumentando el betacaroteno (y hierro) y se está llevando a cabo una prueba de consumo humano en Estados Unidos [12]. Al igual que el arroz dorado, la tecnología se liberará para que la “banana dorada” sea cultivada libremente por los  agricultores africanos.

El betacaroteno también se ha logrado aumentar considerablemente mediante ingeniería genética en cultivos como la papa [13], la yuca [14], el trigo [15] y la naranja [16]. En el caso de Chile, un grupo de la Universidad de Chile, liderado por la Dra. Claudia Stange, trabaja en aumentar el nivel de betacaroteno en variedades de manzana fuji y royal gala insertando genes de la zanahoria [17].

Otros nutrientes importantes son el ácido fólico y el hierro. El primero se logró aumentar 150 veces en el arroz por parte de investigadores de Bélgica [18]. Este arroz podría reducir significativamente el riesgo de defectos congénitos como la espina bífida y otras condiciones de defectos del tubo neural, causadas por deficiencia de este nutriente [19]. También una empresa estatal brasileña, EMBRAPA, logró aumentar 15 veces el ácido fólico en la lechuga – dos hojas de esa lechuga GM aportarían el 100% de los requerimientos diarios de un adulto [20]. Además, EMBRAPA en colaboración con una universidad mexicana desarrollaron un frijol GM con 84 veces más ácido fólico [21]. En el caso del hierro, se han logrado aumentos en arroz y maíz [22][23].

También hay cultivos GM donde se ha logrado aumentar diversos nutrientes, como un maíz africano que modificó un investigador español, logrando 169 veces más beta-caroteno, 6 veces más vitamina C y el doble de vitamina B9 (o folato) [24]. Durante 2014 se realizaron los ensayos de consumo en animales, y en el presente año se están realizando los ensayos de consumo en humanos así como un campo de prueba experimental. Un segundo ejemplo es el sorgo GM producido por el “Proyecto de Sorgo Biofortificado para África” (ABS – siglas en inglés). Esta alianza público-privada ha logrado aumentar el nivel de betacaroteno, hierro, zinc y aminoácidos esenciales, y ya se han llevado a cabo ensayos de campo e invernadero en Estados Unidos y África [25]. Estos cultivos tienen el objetivo de aliviar la deficiencia nutricional en países subdesarrollados, especialmente de África.

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Izquierda: Comparación de maíz convencional (arriba) y transgénico (abajo), mostrando aumentos significativos en los niveles de carotenoides. [11] | Derecha: Banana cavendish transformada (arriba) que manifiesta acumulación de carotenoides en relación a la banana convencional (abajo) [23].

La biofortificación de cultivos mediante ingeniería genética no es una panacea pero ofrece una alternativa importante. No debería rechazarse ya que ha mostrado ser una herramienta útil para complementar y/o mejorar los programas de mejoramiento convencional.

Por otro lado, la inexistencia de marcos regulatorios sobre leyes de bioseguridad que permitan el uso de cultivos GM en varios países en desarrollo, o el exceso de regulación en los que ya tienen un marco definido, debería ser un tema importante a re-evaluar. El arroz dorado es un ejemplo de cómo una tecnología con fines humanitarios puede ser retrasada por más de una década, en parte, debido a la excesiva regulación – y solo en la India el coste anual de la no comercialización del arroz dorado significó 199 millones de dólares anuales y la pérdida de 1.4 millones de vidas en la última década [26].

Referencias

1.- FAO, IFAD and WFP. 2015. The State of Food Insecurity in the World 2015. Meeting the 2015 international hunger targets: taking stock of uneven progress. Rome, FAO.

2.- FAO, 2009. How to feed the world in 2050. URL: http://www.fao.org/fileadmin/templates/wsfs/docs/expert_paper/How_to_Feed_the_World_in_2050.pdf

3.- Mayer JE, Pfeiffer WH, Beyer P. (2008). Biofortified crops to alleviate micronutrient malnutrition. Current Opinion in Plant Biology, 11(2):166-70

4.- Shimelis H, Laing M. (2012) Timelines in conventional crop improvement: pre-breeding and breeding procedures. Australian Journal of Crop Sciences. 6(11):1542-1549

5.- De Steur H, Dieter Blancquaert, Simon Strobbe, Willy Lambert, Xavier Gellynck, Dominique Van Der Straeten. (2015). Status and market potential of transgenic biofortified crops. Nature Biotechnology. 33: 25–29

6.- Black RE, Allen LH, Bhutta ZA, Caulfield LE, de Onis M, Ezzati M, Mathers C, Rivera J; Maternal and Child Undernutrition Study Group. (2008). Maternal and child undernutrition: global and regional exposures and health consequences, The Lancet, 371(9608), p. 253-260

7.- Paine JA, Shipton CA, Chaggar S, Howells RM, Kennedy MJ, Vernon G, Wright SY, Hinchliffe E, Adams JL, Silverstone AL, Drake R (2005) A new version of Golden Rice with increased pro-vitamin A content. Nature Biotechnology. 23:482-487.

8.- Goodman RE, Wise J. (2006) Bioinformatic analysis of proteins in Golden Rice 2 to assess potential allergenic cross-reactivity. Preliminary Report. University of Nebraska. Food Allergy Research and Resource Program.

9.- Tang et al. 2009. Golden Rice is an effective source of vitamin A. American Journal of Clinical Nutrition, 2009; DOI: 10.3945/ajcn.2008.27119

10.- Tang G, Hu Y, Yin S, Wang Y, Dallal GE, Grusak MA, Russell RM. 2012. β-Carotene in Golden Rice is as good as β-carotene in oil at providing vitamin A to children.Am J Clin Nutr 2012;96:658–64.

11.- Dale J. (2013). Golden bananas for Africa and Asia. Centre for Tropical Crops and Biocommodities, Queensland University of Technology. Presentación disponible en: http://www.birac.nic.in/webcontent/dr_james.pdf

12.- Waltz, Emily. (2014). Vitamin A Super Banana in human trials. Nature Biotechnology, 32(9):857

13.- Diretto, G. et al. Metabolic engineering of potato carotenoid content through tuber-specific overexpression of a bacterial mini-pathway. PLoS One 2, e350 (2007).

14.- Sayre, R. et al. The BioCassava plus program: biofortification of cassava for sub-Saharan Africa. Annual Review of Plant Biology, 62, 251-272.

15.- Cong, L. et al. 2009. Expression of phytoene synthase1 and carotene desaturase crtI genes result in an increase in the total carotenoids content in transgenic elite wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Agricultural and Food Chemistry. 57, 8652-8660.

16.- Pons, E., Alquézar, B., Rodríguez, A., Martorell, P., Genovés, S., Ramón, D., Rodrigo, M.J., Zacarías, L. and Peña, L. (2013)Metabolic engineering of β-carotene in orange fruit increases its in vivo antioxidant properties. Plant Biotechnol. J., doi:10.1111/pbi.12112

17.- Fondecyt, 2010. Repositorio Institucional Conicyt. XVIII CONCURSO DE I+D FONDEF – 2010 – D10I1022. Uso de Ingeniería Metabólica para el desarrollo de plántulas de manzano que poseen genes para la síntesis de vitamina A y antioxidantes en los frutos. http://ri.conicyt.cl/575/article-41175.html

18.- Blancquaert et al. 2015. Improving folate (vitamin B9) stability in biofortified rice through metabolic engineering. Nature Biotechnology 33, 1076–1078 (2015) doi:10.1038/nbt.3358

19.- De Steur H; Kumar Dora M; Blancquaert D; Liqun G; Lambert W; Van Der Straeten D; Gellynck X.(2014). Evaluating GM biofortified rice in areas with a high prevalence of folate deficiency. International Journal of Biotechnology (IJBT), 13 (4): 257 DOI:10.1504/IJBT.2014.068943

20.- CIB (Conselho de Informações sobre Biotecnologia), 2014, Alface transgênica pode prevenir má formação fetal. Disponible en: http://cib.org.br/em-dia-com-a-ciencia/alface-transgenica-pode-prevenir-ma-formacao-fetal/

21.- “Brasil e México desenvolvem feijão com maior teor de ácido fólico” – Embrapa.br. Disponible en: https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/6157521/brasil-e-mexico-desenvolvem-feijao-com-maior-teor-de-acido-folico

22.- Johnson AAT, Kyriacou B, Callahan DL, Carruthers L, Stangoulis J, Lombi E, et al. (2011) Constitutive Overexpression of the OsNAS Gene Family Reveals Single-Gene Strategies for Effective Iron- and Zinc-Biofortification of Rice Endosperm. PLoS ONE 6(9): e24476. doi:10.1371/journal.pone.0024476

23.- Drakakaki, G. et al. Endosperm-specific co-expression of recombinant soybean ferritin and Aspergillus phytase in maize results in significant increases in the levels of bioavailable iron. Plant molecular biology 59, 869-880 (2005).

24.- Naqvi S, Zhu C, Farre G, Ramessar K, Bassie L, Breitenbach J, Conesa DP, Ros G, Sandmann G, Capell T, Christou P. (2009). Transgenic multivitamin corn through biofortification of endosperm with three vitamins representing three distinct metabolic pathways. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (19): 7762–7767

25.- Africa Harvest. “Africa Biofortified Sorghum Project (ABS) Project: Technology Development.” Disponible en: http://biosorghum.org/abs_tech.php

26.- Wesseler J, Zilberman D. (2014). The economic power of the Golden Rice opposition. Environment and Development Economics. 19 (6):724–742