La ingeniería genética no solo tiene el potencial de ayudar a producir cultivos de mayor rendimiento, más nutritivos y con mejor adaptación climática en la Tierra, sino también generar cultivos tolerantes a alta radiación y microgravedad, que requieran poco uso de agua e insumos, así como mayor contenido calórico, lo cual permitirá hacer viable los viajes espaciales y colonización de otros planetas.
Genetic Literacy Project / 15 de octubre de 2019.- El reciente descubrimiento de un nuevo planeta que contiene agua y que orbita una estrella distante ha sido noticia. Esta es la primera vez que los científicos identifican el agua en un planeta fuera de nuestro sistema solar en una «zona habitable». Los autores del estudio dicen que el exoplaneta K2-18b podría tener un clima templado que es «potencialmente compatible con la presencia de vida«, mientras que otros científicos son escépticos. Si el planeta puede albergar vida puede ser cuestionable, pero el hallazgo ha vuelto a encender el tema de la colonización espacial.
Estados Unidos tiene la intención de enviar humanos a la Luna nuevamente antes de 2024. Y tienen la ambición de una misión «mucho más grande» a Marte, mientras que SpaceX también está interesado en la colonización de Marte. Gene Cernan y Jack Schmitt, en la misión Apolo 17, fueron los últimos humanos en caminar sobre la superficie de la Luna. Más de 35 años después, los viajes espaciales vuelven a estar en la agenda. Pero a pesar de todas las ambiciones, el vuelo espacial humano tiene varias limitaciones en comparación con el envío de sondas o aterrizadores sin humanos al espacio. No podremos ir demasiado lejos de la Tierra, por el momento.
Llegar a K2-18b es un sueño distante, quizás imposible. Con nuestras naves espaciales actuales, nos llevaría millones de años llegar al exoplaneta. Si desarrollamos vehículos espaciales más rápidos, aún puede llevarnos varios miles de años llegar a un exoplaneta habitable. Por ejemplo, un modelo predice que requeriría un viaje espacial multigeneración de 6.300 años para llegar a un exoplaneta similar a la Tierra con un mínimo de 98 tripulantes a bordo.
[Recomendado: Tomate editado genéticamente ideal para cultivos en el espacio y granjas verticales]Suponiendo que los astronautas puedan cultivar alimentos una vez que lleguemos a un exoplaneta similar a la Tierra, debemos hacernos una pregunta: ¿qué comerán estos humanos durante miles de años en los viajes espaciales? En promedio, los equipos de ISS requieren 3.000 kcal, o 1,8 kg de alimentos por día; En la Tierra, necesitamos entre 2.000 y 2.500 kcal por día. Es imposible llevar toda la comida con nosotros en nuestros largos viajes espaciales. Miles de años de viaje parecen un poco exagerados en este momento, pero, incluso en un viaje espacial de décadas, la comida, el oxígeno y el agua limitan nuestra capacidad de ir al espacio profundo.
El cultivo de plantas a bordo de naves espaciales proporcionará a los viajeros suministros de alimentos y oxígeno mientras absorben dióxido de carbono. Las plantas también pueden purificar el agua a través de la transpiración, y algunas naves espaciales a bordo proporcionarán a los miembros de la tripulación beneficios psicológicos positivos. El cultivo de plantas nos permitirá ir más lejos de este mundo.
Si nos tomamos en serio viajar largas distancias para establecernos en otros planetas, entonces debemos cultivar alimentos de manera eficiente fuera del ambiente seguro de la Tierra. Solo las plantas que crecen en las duras condiciones del espacio interestelar nos ayudarán a colonizar otros planetas.
A principios de este año [2019], hubo una gran emoción cuando una semilla de algodón germinó en la Luna, a bordo del módulo de aterrizaje lunar de China. Desafortunadamente, la planta murió poco después, incapaz de tolerar una noche lunar helada que llega a menos de 170 grados centígrados. Grandes cambios de temperatura son solo uno de los desafíos que enfrentamos para crecer en condiciones extremas fuera de la Tierra.
[Recomendado: Realizan experimentos con plantas genéticamente modificadas en el espacio]Entonces, para viajar a un planeta fuera de nuestro sistema solar, no solo necesitamos mejores naves espaciales y cámaras de crecimiento de plantas, sino que también necesitaremos mejores variedades de plantas. Necesitamos plantas que produzcan mayores rendimientos con menos nutrientes; necesitamos plantas que crezcan en condiciones de calor y frío; necesitamos plantas tolerantes a la sequía que requieran menos agua; necesitamos plantas radio-resistentes que prosperen en medio de la alta radiación del espacio; y necesitamos plantas que crecen en microgravedad.
El desarrollo de estas «superplantas» que pueden resistir y crecer en condiciones difíciles no será fácil, por lo que debemos explorar todas las vías de tecnología disponibles para hacerlo. En particular, debemos explotar el poder de las herramientas de ingeniería genética en el fitomejoramiento. Te podrías preguntar, «¿por qué no podemos mejorar estas plantas usando métodos convencionales?» Es posible, pero probablemente tomará décadas, si no siglos, antes de generar una planta mejorada convencionalmente que crezca bien en el espacio. Y aún así, el proceso depende de la suerte en lugar de la habilidad: el mejoramiento tradicional no puede modificar con precisión los genes para lograr características deseables.
[Recomendado: Científicos logran cultivar papa bajo las mismas condiciones del planeta Marte]A diferencia del mejoramiento convencional, las nuevas técnicas de ingeniería genética, incluida la edición de genes, permiten una ingeniería precisa y eficiente del código genético. Es más barato, más rápido y más respetuoso con el medio ambiente que el mejoramiento convencional, y al contrario de lo que los críticos podrían decir, los cultivos genéticamente modificados son seguros para comer.
Las plantas se han cultivado en el espacio desde la década de 1980, por lo que no es inusual cultivar plantas fuera de la Tierra. Y para viajes largos, las tripulaciones necesitarán cultivar cultivos con alto contenido calórico. Es por eso que las agencias espaciales están diseñando cámaras de crecimiento para cultivar plantas grandes.
[Recomendado: Aceleran el mejoramiento de cultivos con tecnología espacial]Estas cámaras altamente controladas mantienen las condiciones para cultivar frutas y verduras en el espacio. Pueden aislar las plantas contra la mayoría de los extremos del espacio exterior, incluida la iluminación, la temperatura, la humedad y el dióxido de carbono. Pero controlar la radiación y la gravedad sigue siendo un desafío. Por lo tanto, las plantas no crecen tan bien en el espacio como lo hacen en la Tierra, y parece deberse principalmente a la microgravedad y a la alta radiación.
Las plantas tienen células sensibles a la gravedad, que actúan como radares, lo que les permite sentir las direcciones. Es por eso que la raíz crece con la gravedad, y el brote crece contra la gravedad, un fenómeno conocido como gravitropismo. La hormona vegetal auxina controla la respuesta de crecimiento de la planta a la gravedad. La auxina, cuyo nombre químico es «ácido indol-3-acético», influye en el desarrollo de las plantas en cada etapa del crecimiento desde el nacimiento hasta la muerte. La auxina está estratégicamente ubicada en posiciones clave dentro de las plantas para influir en el crecimiento, por lo que puede dictar una variedad de procesos de desarrollo de plantas.
[Recomendado: El tomate editado genéticamente llega a la agricultura urbana y granjas verticales]La investigación muestra que la microgravedad perturba el transporte de auxina dentro de las plantas, lo que afecta negativamente el crecimiento de las plantas. Las plantas aún pueden superar los efectos de la microgravedad si el transporte de auxina dentro de las plantas es de alguna manera completamente funcional. Mi propia investigación identificó una sustancia química «TENin1«, que causó que las plantas pierdan la capacidad de percibir la gravedad al alterar el transporte de auxina. Aprender el intrincado papel del transporte de auxina dentro de las plantas y cómo la gravedad afecta la forma en que las señales de auxina dentro de las plantas nos ayudarán a viajar más al espacio. Y aprender más sobre el transporte de auxinas aquí en la Tierra y la Estación Espacial Internacional podría ayudarnos a diseñar genéticamente plantas que puedan crecer mejor en la microgravedad del espacio.
En viajes largos, los miembros de la tripulación también necesitarán llevar con ellos reservas de semillas para crecer más tarde, pero almacenar semillas en el espacio interestelar también es un riesgo. La radiación daña el ADN, y como las semillas ya sufren una gran cantidad de daño a su código genético, esto se amplifica en la alta radiación del espacio, que afecta el crecimiento de las plantas. Por ejemplo, el experimento escolar «Rocket Science» [en inglés «rocket» significa tanto «cohete» como «rúcula»] descubrió que las semillas de rúcula almacenadas en la Estación Espacial Internacional crecieron menos en promedio que las que estaban en la Tierra. Por lo tanto, necesitamos mejorar plantas que puedan sufrir daños por radiación alta, posiblemente mediante la ingeniería genética para mejores sistemas de reparación de ADN.
[Recomendado: El genoma de los “osos de agua” podría tener la clave para desarrollar cultivos resistentes a la sequía]Por supuesto, las plantas son notablemente resistentes y pueden crecer naturalmente bajo alta radiación. Por ejemplo, se ha encontrado soya creciendo cerca de la planta de energía nuclear de Chernobyl en Ucrania, cuya explosión causó una importante contaminación por radiación. Comprender la base genética de cómo estas semillas de soya se adaptaron para crecer bajo suelo contaminado radio-contaminado nos ayudará a diseñar plantas que puedan soportar la radiación alta y crecer en el espacio.
El agua también es una limitación para crecer en el espacio, y la ingeniería genética también puede abordar este problema. La ingeniería genética puede ayudarnos a cultivar plantas resistentes a la sequía para crecer a bordo. Por ejemplo, los científicos han diseñado plantas que pueden recuperarse incluso después de 11 días sin agua. Del mismo modo, los científicos han utilizado la tecnología de ingeniería genética para hackear con éxito la fotosíntesis para crear plantas de tabaco con un rendimiento 40% mayor. Ahora los investigadores están trabajando en ajustar los componentes genéticos para crear maquinaria de fotosíntesis más eficiente en cultivos como la soya y la papa.
[Recomendado: Colombia: Desarrollan el tomate más pequeño del mundo para cultivo espacial]No es imposible desarrollar estas plantas utilizando métodos de mejoramiento convencional. Pero en comparación con la biotecnología eficiente, los métodos de mejoramiento tradicionales son minuciosamente largos y extremadamente costosos. Si bien el mejoramiento tradicional se limita al cruce de dos variedades de la misma especie o especies estrechamente relacionadas (del mismo género), las mismas limitaciones no se aplican a la ingeniería genética. Con la amplia gama de diversidad natural dentro del reino vegetal y más allá (que puede moverse hacia cualquier planta) la biotecnología nos ayudará a desarrollar plantas de alto rendimiento, bajo uso de recursos y resistentes. No hay duda de que la ingeniería genética tiene un papel importante que desempeñar en la alimentación de los muchos que pasan hambre aquí en la Tierra, pero también puede permitir nuestro sueño de colonización espacial.