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Empresa estatal brasileña desarrolla la primera caña de azúcar editada genéticamente del mundo

Flex caña de azúcar embrapa

Foto: Hugo Molinari (Flex I)

  • Investigaciones brasileñas desarrollaron Cana Flex I y Cana Flex II, variedades editadas que presentan, respectivamente, mayor digestibilidad de la pared celular y mayor concentración de sacarosa en los tejidos vegetales.
  • La entidad regulatoria CTNBio consideró los nuevos materiales como «DNA-Free», es decir, no transgénicos.
  • Las nuevas variedades son el resultado del silenciamiento de dos genes mediante la técnica CRISPR.
  • El resultado del silenciamiento génico generó una planta con mayor digestibilidad de la biomasa (Cana Flex I) y con mayor concentración de azúcar en los tejidos vegetales (Cana Flex II).
  • Cana Flex II mostró un aumento de hasta un 15% de sacarosa en los tallos, un 200% más de sacarosa en las hojas y un 12% más de liberación de glucosa en la sacarificación. Además de generar bagazo con mayor digestibilidad para su uso en la alimentación animal.

EMBRAPA / 14 de diciembre, 2021.- Científicos de la unidad de Agroenergía de EMBRAPA (una empresa agropecuaria del Estado de Brasil) desarrollaron la primera caña de azúcar editada considerada no-transgénica en el mundo, según Resolución Normativa nº 16 (RN nº 16) de la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio), emitida el 9/12/ 2021. Son las variedades Cana Flex I y Cana Flex II , que presentan, respectivamente, mayor digestibilidad de la pared celular y mayor concentración de sacarosa en los tejidos vegetales. Responden a uno de los mayores retos del sector: aumentar el acceso de las enzimas a los azúcares atrapados en las células, lo que facilita la fabricación de etanol (de primera y segunda generación) y la extracción de otros bioproductos.

Cana Flex I es el resultado del silenciamiento del gen responsable de la rigidez de la pared celular vegetal. Esta estructura fue modificada y presentó mayor “digestibilidad”, es decir, mayor acceso al ataque enzimático durante la etapa de hidrólisis enzimática, proceso químico que extrae compuestos de la biomasa vegetal. 

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Flex II: más sacarosa

La segunda variedad se generó silenciando un gen en tejidos vegetales, lo que provocó un aumento considerable en la producción de sacarosa en los tallos de la planta modelo, Setaria viridis .

“Una vez que identificamos esta característica de acumulación de azúcar en la planta modelo, transferimos este conocimiento al cultivo de caña de azúcar, que es el objetivo de nuestra investigación. Nuevamente, se observó un aumento de alrededor del 15% en sacarosa en el tallo de la caña de azúcar, así como un aumento de otros azúcares como la glucosa y la fructosa, también presentes en la planta, tanto en el jugo como en el tejido vegetal fresco”, explica el investigador de Embrapa Hugo Molinari .

El equipo también observó aumentos del orden del 200% de azúcar en las hojas de caña. “También hicimos pruebas para ver si el gen influía en mejorar la sacarificación, que es la conversión de la celulosa en azúcar industrial, y observamos un aumento de alrededor del 12%”, agrega el investigador. 

Como ventajas de Cana Flex II, Molinari cita el aumento de la eficiencia en la producción de bioetanol, el descubrimiento de una variedad más apta para el procesamiento industrial, la obtención de un bagazo con mayor digestibilidad para su uso en la alimentación animal y la adición de valor a la cadena productiva de la caña de azúcar en su conjunto.

“En 2020/2021, la producción total estimada de azúcar en el mundo fue de 188 millones de toneladas, siendo Brasil responsable de 39 millones de toneladas, equivalente al 21% de la producción mundial”, dice Molinari.

Otro punto destacado por el investigador es la contribución del cultivo de la caña de azúcar a una matriz energética más limpia. “Hoy sabemos que más del 45% de la matriz energética brasileña es renovable y que la caña de azúcar contribuye con una participación de más del 30% a esas fuentes renovables”, informa.

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La investigación utilizó una técnica revolucionaria de edición del genoma

Embrapa Agroenergía ya venía estudiando genes relacionados con las aciltransferasas, enzimas responsables de la formación y modificación de la estructura de la pared celular de la planta y que permiten el acceso al azúcar. “Concretamente en el caso de Cana Flex II, nuestro grupo identificó un gen candidato perteneciente a la familia de las acil transferasas que resultó ser un activo biotecnológico muy prometedor y viable para aumentar la producción de azúcares en las gramíneas”, explica el investigador.

Ambos estudios utilizaron la técnica de edición genómica CRISPR ( Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), una técnica revolucionaria de manipulación de genes descubierta en 2012. La tecnología utiliza la enzima Cas9 para cortar el ADN en puntos específicos, modificando regiones específicas. El descubrimiento le valió el Premio Nobel de Química en 2020 a las investigadoras que publicaron el primer artículo sobre el tema: Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna. 

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En la construcción de Canas Flex I y II no hubo, por tanto, modificación del ADN de la planta, sólo silenciamiento de los genes. Por ello, la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio) clasificó las nuevas variedades como no transgénicas. 

“La controversia generada sobre el uso de plantas transgénicas en la agricultura ha llevado a cada país del mundo a crear regulaciones específicas sobre el tema, lo que ha incrementado el costo de colocar en el mercado variedades genéticamente modificadas (GM). Hoy vemos emerger una nueva tecnología, la edición del genoma, con la que no es necesario introducir secuencias exógenas de otras especies en el genoma de la especie objetivo”, dice Molinari.

Según el científico, aunque los transgénicos continúan siendo una estrategia importante para resolver numerosos problemas en la agricultura y agregar valor a las especies, la edición genómica realizada con técnicas como CRISPR permite una manipulación del ADN más precisa, más rápida y económica en comparación con los transgénicos. 

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“La tecnología CRISPR ha permitido una democratización del uso de la biotecnología en la agricultura, no solo desde el punto de vista de que más empresas e instituciones participen en el desarrollo de productos que llegan al mercado, sino también permitiendo beneficiar a más especies de interés” , explica Molinari . Según él, el costo estimado para el desarrollo de una planta transgénica ronda los US$136 millones y entre el 30% y el 60% de ese monto se destina a las etapas de desregulación. 

Molinari recuerda que el desarrollo tecnológico del cultivo de la caña de azúcar a lo largo del tiempo fue en gran parte responsable de la expansión del sector. Durante décadas, varios grupos de investigación de todo el mundo han dedicado esfuerzos a la investigación básica para comprender mejor el metabolismo de los azúcares de las plantas y su control durante el desarrollo en especies modelo. “Hoy se conoce bien el metabolismo del azúcar, lo que revela la integración de varias enzimas y rutas metabólicas en los procesos de transporte y acumulación”, agrega el investigador. 

Según el subdirector de Investigación y Desarrollo de Embrapa Agroenergía,  Bruno Laviola , el desarrollo de nuevos cultivares de caña de azúcar utilizando la técnica CRISPR es una acción en la frontera del conocimiento. “Estos cultivares son solo el comienzo y abren el camino para el desarrollo y entrega de otros cultivares al sector productivo con características que impactarán directamente en la productividad de la caña de azúcar y reducirán los costos de producción”, anuncia.

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Flex II: retorno mínimo del 10% anual sobre la inversión

caña de azúcar EMBRAPA

Foto: Hugo Molinari (Flex II)

Con la ayuda de la economista Rosana Guiducci, investigadora de Embrapa Agroenergía, la variedad Cana Flex II obtuvo un análisis de escenarios de adopción y evaluación de impactos económicos en el sector sucroenergético. El análisis fue objeto del trabajo final del MBA realizado por Molinari, en el que el economista fue codirector. 

El trabajo realizado en el MBA buscó evaluar la viabilidad económica de esta nueva variedad encaminada a aumentar el contenido de azúcar y un mejor aprovechamiento del bagazo y la paja para la producción de etanol de segunda generación (E2G).

Para estimar las ganancias económicas de la adopción de tecnología, el estudio evaluó dos escenarios posibles, uno optimista y otro conservador. El primero sería la expansión gradual de la adopción de Cana Flex II en un 1% anual, alcanzando el 10% de la producción observada en la cosecha de caña de azúcar 2020/2021 en Brasil después de diez años.

En el segundo escenario, más conservador, la tasa de expansión sería del 0,5% anual, alcanzando el 5% de la producción de caña de azúcar observada en la zafra 2020/2021 después de diez años. “En ambos escenarios, consideramos que un ingenio estándar procesaría esta producción, destinando el 50% de la caña a la producción de azúcar y el 50% a etanol de primera generación, y el 60% de la paja y bagazo a la producción de etanol E2G en la planta”, explica Guiducci. 

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El análisis de factibilidad económica consideró en el flujo de ingresos los diferenciales esperados con Cana Flex II, obtenidos en la producción de azúcar, etanol 1G y E2G, en comparación con la caña de azúcar convencional.

Se consideró una inversión para ampliar la infraestructura y la capacidad de procesamiento de la planta en el orden de $2 mil millones de reales (escenario optimista) y en dos inversiones de mil millones de reales (escenario conservador), ambas con gastos anuales de mantenimiento en el orden de $100 millones de reales.

El análisis final indicó que la inversión es viable, ya que las ganancias adicionales esperadas con Cana Flex II registraron una tasa interna de retorno (TIR) ​​de 27% y 16% y un valor presente neto (VAN) de R$ 4, 19 millones y R$ 982,7 mil en los escenarios optimista y conservador, respectivamente. 

Escenario mundial pronostica crecimiento de producción y exportaciones de azúcar brasileña 

Analizando el escenario mundial del cultivo de la caña de azúcar, se estima un pronóstico de crecimiento de la producción mundial de azúcar del 13% en relación a la zafra 2019/2020. En Brasil, el aumento esperado es del 32%. Los principales destinos del producto crudo son los mercados asiáticos, además de naciones que cuentan con centros de refinación, como Arabia Saudita y Argelia. En Brasil, las exportaciones de azúcar totalizaron 28,85 millones de toneladas en 2020, un 45% más que el año anterior, cuando se exportaron 18,9 millones de toneladas.

“El aumento de las exportaciones brasileñas es estimulado, sobre todo, por la reducción de la oferta mundial debido a adversidades climáticas, como heladas, en importantes países productores de Asia y por la devaluación del tipo de cambio”, explica la economista Rosana Guiducci.

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