Chilebio Noticias

CRISPR podría salvar a los cultivos de la devastación causada por las plagas, sin necesidad de pesticidas

CRISPR plagas

ILLUSTRATION: STEPHANIE ARNETT/MITTR; PHOTO: GETTY

La edición genética de insectos plagas podría ayudar a reducir la dependencia de los pesticidas y evitar pérdidas catastróficas en diversas industrias agrícolas y frutícolas.

MIT Technology Review / 2 de febrero, 2023.- Steve McIntyre, viticultor de California Central, conocía la enfermedad de Pierce. Pero eso no le preparó para lo que vio cuando visitó el campo de cítricos y paltos (aguacate) de su hermano en el sur de California en 1998. La enfermedad, que hace que las vides se marchiten y las uvas se desinflen como globos viejos, existía desde hacía tiempo en California. Pero la infección que vio en un campo adyacente al de su hermano parecía diferente.

«Era una devastación», dice McIntyre. Los bloques de uvas parecían como si les hubieran cortado por completo el riego. En su vuelo de vuelta a casa, McIntyre se planteó llamar a un agente inmobiliario para vender sus tierras. Sus propias viñas, pensó, estaban condenadas al fracaso.

Menos de una década después de que se identificara por primera vez en California, un insecto invasor llamado «chicharrita de alas cristalinas» había convertido y propagado la bacteria causante de la enfermedad de Pierce (Xylella fastidiosa) de una molestia en una pesadilla. Este insecto alargado, con alas como vidrieras teñidas de rojo, es más rápido y vuela más lejos que los tiradores nativos del estado, y puede alimentarse de vides más resistentes. Su llegada, que el estado sospecha que se produjo a finales de los 80, sobrealimentó la propagación de la enfermedad.

Gracias a las inspecciones y a la fumigación con plaguicidas, el estado ha logrado confinar al invasor en el sur de California. Pero la enfermedad aún no tiene cura, y corre el riesgo de empeorar y hacerse más difícil de combatir debido al cambio climático.

Los investigadores pretenden ahora añadir una tecnología de vanguardia al arsenal californiano contra esta plaga, modificando el genoma de la chicharrita de alas cristalinas para que ya no pueda propagar la bacteria.

[Recomendado: ¿Puede un insecto modificado genéticamente combatir una plaga agrícola global? Y sin pesticidas]

Tal solución es posible gracias a la tecnología de edición genética CRISPR, que ha hecho cada vez más sencilla la modificación de los genes de cualquier organismo. La técnica se ha utilizado en experimentos de inmunoterapia contra el cáncer, mejoramiento genético de manzanas y -controversialmente- en embriones humanos. Ahora, un número creciente de investigadores la está aplicando a las plagas agrícolas, con el objetivo de controlar una serie de insectos que, en conjunto, destruyen alrededor del 40% de la producción mundial de cultivos cada año. Si tienen éxito, estos esfuerzos podrían reducir la dependencia de los insecticidas y ofrecer una alternativa a las modificaciones genéticas de los cultivos.

Por ahora, estos insectos editados genéticamente están encerrados en laboratorios de todo el mundo, pero eso está a punto de cambiar. Este año, una empresa estadounidense espera iniciar ensayos en invernaderos, en colaboración con el Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA), de insectos dañinos para la fruta que se han hecho estériles mediante CRISPR. Al mismo tiempo, científicos de instituciones gubernamentales y privadas están empezando a aprender más sobre la genética de las plagas y a realizar ediciones en más especies.

El uso de organismos editados genéticamente sigue siendo controvertido, y las plagas agrícolas editadas aún no han sido aprobadas para su liberación generalizada en Estados Unidos. Aún queda por delante un proceso normativo potencialmente largo y en constante evolución. Pero los científicos afirman que CRISPR ha dado paso a un momento crítico para el uso de la edición de genes en insectos que afectan a la agricultura, con más descubrimientos en el horizonte.

«Hasta CRISPR, la tecnología simplemente no existía», dice Peter Atkinson, entomólogo de la Universidad de California en Riverside, que está trabajando en la modificación de la chicharrita de alas cristalinas. «Estamos entrando en esta nueva era en la que el control genético puede contemplarse de forma realista«.

chicharrita de alas cristalinas

Chicharrita de alas cristalinas adulta (Homalodisca vitripennis). Imagen: RODRIGO KRUGNER/USDA-ARS

Conocer al enemigo

Hasta hace poco, los científicos no sabían gran cosa sobre la genética de esta especie. El primer borrador de su genoma fue cartografiado en 2016, por un grupo del USDA y el Baylor College of Medicine, en Texas. Pero el mapa tenía lagunas. En 2021, investigadores de la Universidad de California en Riverside, entre ellos Atkinson, rellenaron muchos de ellos para producir una versión más completa.

A medida que los científicos se propongan editar genéticamente más especies de plagas, será importante comprender mejor su biología y su genética, dice Linda Walling, genetista de plantas de la UC Riverside que trabaja en la investigación de la chicharrita de alas cristalinas «Habrá que invertir mucho en comprender la biología», afirma. «Hasta ahora sólo queríamos matarlas».

Esa comprensión va más allá de la secuenciación del ADN. Antes de hacer ediciones, los investigadores tienen que averiguar qué podría impedir que un insecto dañara una planta y luego determinar qué ediciones podrían hacer que eso ocurriera. En el caso de este insecto, había un buen candidato: investigaciones anteriores de la Universidad de California en Berkeley habían demostrado que un hidrato de carbono en la boca del insecto facilita la adhesión de las bacterias causantes de la enfermedad de Pierce, y señalaban ciertas moléculas que los científicos podrían modificar para cambiar esta situación.

Hembra de mosca de la fruta de ala manchada (Drosophila suzukii) en vuelo sobre una fresa. Imagen: ALAMY

Ahora, un grupo de la Universidad de California en Riverside, en el que participan Atkinson y Walling, está intentando realizar esos cambios.

Parte del reto consiste simplemente en encontrar la forma de hacer llegar la maquinaria de edición genética a los minúsculos embriones de insecto de rápido desarrollo.

«La entrega es el secreto de todo», dice Wayne Hunter, entomólogo investigador del USDA que trabajó en el borrador de 2016 del genoma de la chicharrita de alas cristalinas

Los embriones de esta especie miden unos 3 mm de largo. El equipo de Riverside desarrolló una novedosa forma de inyectarles la maquinaria CRISPR/Cas9 sin sacarlos de la hoja donde están depositados. La técnica, según un estudio publicado el año pasado, era «sencilla de realizar, ya que una masa con 20 huevos puede ser inyectada en diez minutos por un operador novato».

Después de la inyección, el equipo demostró que la tecnología CRISPR podía cortar y cambiar el genoma de las chicharritas (como prueba de principio, los investigadores utilizaron la tecnología para eliminar genes que controlan el color de los ojos de las chicharritas). Ahora, el grupo trabaja en la inserción de genes en el genoma de este insecto con la esperanza de transformar el tejido de su boca para que actúe como teflón, haciendo que las bacterias causantes de la enfermedad de Pierce se desprendan de él.

El equipo ha recibido financiación del USDA, así como de una junta de representantes de la industria vinícola convocada específicamente por el gobierno de California para combatir el la enfermedad de Pierce.

La junta, de la que McIntyre es miembro, apoya una serie de posibles enfoques para derrotar a la enfermedad, incluida la edición genética de las vides, así como biopesticidas, que suelen derivarse de materiales naturales. La enfermedad de Pierce es un problema «singularmente terrible» para los viticultores, afirma Kristin Lowe, coordinadora de investigación de la junta. «Con la mayoría de los patógenos de plantas que son [propagados] por un insecto, hay que explotar todos y cada uno de los puntos débiles que se puedan encontrar -en la biología, en el medio ambiente, en la ecología de esa enfermedad- para conseguir un control a largo plazo».

[Recomendado: Insectos genéticamente modificados permiten controlar devastadora plaga sin uso de pesticidas]

Operación mosca de la fruta

Otra tecnología CRISPR nacida en California ya ha iniciado el largo proceso hacia su comercialización para su uso en una plaga agrícola.

Omar Akbari comenzó a utilizar CRISPR como postdoctorando en ingeniería biológica en Caltech, poco después de la publicación de un artículo seminal sobre la tecnología. Una década después, su laboratorio de la Universidad de California en San Diego utiliza CRISPR en casi una docena de especies de insectos.

Una de ellas es la Drosophila suzukii, una especie de mosca de la fruta que abre agujeros en frutas blandas y maduras, como cerezas y ciruelas, para poner sus huevos. Estas moscas, que estropean anualmente unos 500 millones de dólares en cosechas de fruta en EE.UU., ya se han hecho resistentes a algunos pesticidas.

El laboratorio de Akbari ha utilizado CRISPR para modificar genes con el fin de crear machos estériles y matar a las hembras. Si esos machos se liberaran, se mezclarían con las moscas normales y su incapacidad para reproducirse podría reducir la población total.

Agragene, una empresa que obtuvo la licencia de la tecnología de Akbari, ha recaudado 5,2 millones de dólares para comercializar este método de esterilización en plagas de cultivos. La empresa está probando el producto este año en invernaderos de Oregón.

Las posibles estrategias para controlar las poblaciones de plagas y las enfermedades que transmiten utilizando CRISPR son numerosas. «Tu experimento sólo está limitado hasta cierto punto por tu ingenio», afirma Nikolay Kandul, que trabaja con Akbari en la Universidad de California en San Diego.

[Recomendado: Desarrollan control de mosca de la fruta mediante edición genética con CRISPR]

Pero los investigadores también deben enfrentarse a la biología y a las implicacancias de sus decisiones. En ciertos sistemas, como la edición de la mosca de la fruta de Akbari, un cambio no debería permanecer en la población a menos que se sigan liberando insectos editados genéticamente. «Es seguro, es eficaz, es confinable, no va a persistir en el medio ambiente», dice Akbari.

Akbari también ha trabajado en otro enfoque que podría ser más permanente: gene-drives (o impulsores genéticos, en español). Esta técnica engaña a las reglas de la genética, aumentando la probabilidad de que un organismo herede ciertos genes y los propague por la población. El potencial de esta tecnología ha suscitado tanto entusiasmo como preocupación (hay esfuerzos para estudiar el uso de impulsores genéticos en mosquitos para interrumpir la transmisión de la malaria, pero muchos científicos han señalado los riesgos potenciales y han pedido cautela).

«Los productos químicos sólo pueden viajar hasta cierto punto antes de degradarse en el medio ambiente», afirma Jason Delborne, profesor de ciencia, política y sociedad en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. «Si se introduce un organismo editado genéticamente que puede desplazarse por el medio ambiente, se tiene el potencial de cambiar o transformar entornos a una escala espacial y temporal enorme».

Kandul lo expresa más claramente. Los impulsores genéticos, dice, pueden ser «chapuceros».

Agragene se planteó utilizarlos en moscas de la fruta, pero Akbari afirma que los directivos decidieron que sería difícil atraer inversores y obtener la aprobación de las autoridades reguladoras. En su lugar, la empresa optó por la tecnología de esterilización. Tras completar las pruebas en jaulas de laboratorio el año pasado, Agragene está empezando las pruebas en invernaderos en colaboración con el USDA, que espera que en última instancia allanen el camino para una liberación generalizada.

«Estamos recopilando datos suficientes para demostrar que nuestro insecto estéril es, en este caso, seguro», afirma Bryan Witherbee, Director Ejecutivo de Agragene, que anteriormente trabajó en Monsanto y otras empresas de biotecnología.

Las pruebas que Agragene completó el año pasado dieron a la empresa la seguridad de que sus insectos estériles podrían sobrevivir y funcionar como los no-editados, dice Witherbee, y la empresa también trabajó en técnicas para fabricar insectos estériles a escala. Pero Agragene aún está determinando qué datos tendrá que presentar a la Agencia de Protección del Medio Ambiente de EE.UU. (EPA) para obtener la aprobación para liberar los insectos, un proceso que podría llevar años.

[Recomendado: Investigación con CRISPR abre opción de control genético de la mosca blanca]

Según un portavoz de la EPA, en Estados Unidos el entorno normativo en torno a los insectos editados con CRISPR está «evolucionando». Las directrices gubernamentales publicadas en 2017 esbozaron un enfoque coordinado que sugería que el USDA tendrá en gran medida autoridad sobre los animales modificados genéticamente relacionados con la agricultura. Pero la jurisdicción puede variar dependiendo de si un organismo editado está destinado a reducir la población de un insecto o interrumpir la transmisión de enfermedades. Hasta ahora, el gobierno estadounidense ha permitido la liberación de mosquitos modificados genéticamente, pero las pruebas con plagas de los cultivos, como la polilla dorso de diamante y el gusano rosado de la cápsula, han sido limitadas.

Walling y Atkinson, de la Universidad de California en Riverside, prevén que se tardará años en perfeccionar las plagas agrícolas genéticamente alteradas y obtener la aprobación para su liberación. Agragene espera que los plazos sean más rápidos: la empresa, que ya se ha puesto en contacto con la EPA, tiene como objetivo presentar en 2024 una solicitud de aprobación reglamentaria para el uso comercial de sus moscas de la fruta y espera que el proceso dure hasta dos años.

[Recomendado: Liberan polillas transgénicas para acabar con una de las peores plagas del planeta | Florida: Liberan 750 millones de mosquitos transgénicos para erradicar el dengue, zika y otras enfermedades]

Más allá de la edición

La edición genética de insectos puede ser una táctica poderosa, pero algunos expertos en biología de plantas e insectos ven también otras técnicas prometedoras.

Durante más de una década, Hunter, el entomólogo del USDA, ha trabajado en varios esfuerzos para mapear el genoma de una plaga que causa miles de millones de dólares en daños en los seis continentes cada año: el psílido asiático de los cítricos, que propaga una enfermedad que mata a los árboles de cítricos, no sin antes dejar hojas amarillentas y fruta verde y amarga.

«Realmente no tienes mucho que vender aunque el árbol esté vivo», dice.

Ahora forma parte de un gran equipo subvencionado que trabaja en diversos métodos para proteger los árboles del enverdecimiento de los cítricos. En los próximos años, el grupo espera centrarse en varios productos o soluciones que puedan comercializarse para su uso en el campo.

Este año, Hunter empezará a utilizar CRISPR para modificar genes que puedan neutralizar al psílido como vector de propagación de la enfermedad del enverdecimiento de los cítricos. Pero afirma que las plantas modificadas para resistir a las bacterias siguen siendo la solución más probable para hacer frente a la enfermedad. «De ahí vendrá la verdadera respuesta», afirma. Atacar a los insectos podría hacer que la enfermedad siguiera circulando, aunque en un número menor de insectos, pero la inmunidad de las plantas atenuaría el impacto de la enfermedad.

Sílidos de los cítricos asiáticos

Sílidos adultos de los cítricos asiáticos (izquierda) y ninfas (derecha) posadas en el pecíolo de una hoja de limonero. Imagen: PEGGY GREB/USDA-ARS; ALAMY

Aun así, la modificación de las plantas tiene sus limitaciones como solución general al problema de las plagas agrícolas. Bichos como la drosófila de alas manchadas afectan a tantos frutos diferentes que producir variedades de plantas resistentes sería excesivamente engorroso, afirma Anthony Shelton, profesor emérito del Departamento de Entomología de la Universidad de Cornell que ha trabajado en la producción de polillas de espalda de diamante estériles.

En lo que respecta a la antigua lucha entre agricultores y plagas, Shelton afirma que es importante adoptar una serie de nuevas herramientas.

«Creo que todos hemos aprendido lo suficiente como para saber que no hay una bala de plata en la agricultura o en la entomología médica para intentar controlar las plagas», afirma. «Todos nos hemos vuelto más inteligentes, esperemos».

Compartir
Artículos relacionados
Ciruela
Dulce, crujiente y mejor vida poscosecha, los atributos de una nueva ciruela chilena
Otro más: El Instituto belga de Investigación de Ciencias de la Vida rechaza la validez del estudio de Séralini
La edición genética acorta el complicado desarrollo de maíz híbrido a un solo paso

Comments are closed.