lunes, 23 de septiembre de 2013

El papel de los transgénicos


Queridos lectores,

Luis Cosin me ha hecho llegar este ensayo sobre los transgénicos. El tema está mucho más relacionado de lo que podría parecer con la crisis energética, ya que con menos energía la producción de alimentos descenderá. ¿Pueden ser los transgénicos la solución? ¿Qué inconvenientes tienen? Pero comencemos por algo más básico, para los menos informados: ¿qué es y cómo se hace un organismo transgénico? Con su habitual estilo didáctico, Luis nos proporciona una lección magistral y un texto de referencia para este blog.

Salu2,
AMT

Ingeniería genética y transgénicos ¿amenaza , solución o ambas cosas?

En su excelente y recomendable libro “Comiendo combustibles fósiles”, Dale Allen Pfeiffer hace un resumen escalofriante, basado en datos del profesor David Pimentel, del coste en energía y recursos como el agua que tiene la industria agroalimentaria.

En otro post de este blog, se trató el tema del agua, su uso y descontaminación, y el ingente consumo de recursos, sobre todo energéticos, que conlleva.

Frente a un consumo creciente (y aparentemente inevitable) de recursos, una de las vías que apenas comienza a ser explorada en profundidad es el uso de los propios mecanismos de la vida para llevar a cabo muchos de los procesos que ahora se llevan a cabo de forma convencional y poco eficiente.

Es lo que se conoce como biotecnología.

Dentro de la biotecnología, la ingeniería genética (la posibilidad de “diseñar” seres vivos a la medida de nuestras necesidades) es, sin duda, uno de los campos mas prometedores. Pero no está exenta de peligros y amenazas.

En este post, vamos a intentar dar una descripción objetiva y desapasionada de esta tecnología, que últimamente está envuelta en la polémica.

Todo parece indicar que la ingeniería genética va a ver avances espectaculares en los próximos años y de una adecuada comprensión de los mecanismos de obtención de nuevas variedades más resistentes a plagas, herbicidas y climas extremos, puede depender en parte el futuro de la especie humana.



Referencias:






1. Un poco de teoría

Los seres vivos estamos formados por moléculas orgánicas de gran tamaño, formadas principalmente por carbono, hidrógeno, nitrógeno y en menor medida, otros elementos, enlazados entre sí.

  • Algunas moléculas, (ciertos polisacáridos, lípidos y proteínas), son estructurales, es decir, dan forma, sustento y protección física a las estructuras que forman los seres vivos: son, por ejemplo, la pared celular, la membrana celular, la keratina de la piel, las proteínas estructurales del cartílago y el hueso...etc.

  • Otras son meros almacenes de energía, como los triglicéridos y los azúcares.

  • Y otras son catalizadores (es decir, “facilitadores”) de las reacciones químicas complejas que dan lugar a todas las moléculas necesarias para que la vida se desarrolle. Se llaman enzimas y son proteínas de gran tamaño y complejidad estructural considerable. Su función es parecida a la de una planta química: toman materias precursoras del medio y, mediante el intercambio de energía con dicho medio (absorción o emisión de energía, normalmente en forma de ATP, o adenosín trifosfato) las trasforman en otros productos. La cadena de reacciones catalizadas por enzimas se denomina metabolismo.






  • Un cuarto tipo de moléculas, el ADN (o ARN, en algunos organismos más simples) contiene la información que, correctamente descodificada, permitirá la construcción de las enzimas, necesarias para el metabolismo. El funcionamiento del ADN se comprende cada vez mejor, pero aún es desconocido en parte.

    • Se sabe que ciertos segmentos del ADN codifican proteínas (al lugar que ocupa un segmento de ADN que codifica una proteína se le llama “gen”)
    • Otros segmentos actúan como reguladores de la expresión de otros genes (de alguna manera, se unen a “bloqueadores” que impiden que los genes vecinos se expresen)
    • Y otros segmentos no parecen cumplir con ninguna función específica: quizá sean espaciadores, cumplan una función estructural, o sean simples restos heredados de genes que en su momento sí cumplían una función.

La información del ADN se transforma en proteínas en unas estructuras muy pequeñas pero muy importantes, y que existen en gran cantidad en todas las células: los ribosomas (que son, a su vez, aglomerados de proteínas).




Podríamos entender el código genético como el “software” que se ejecuta en un “hardware” (el mecanismo de replicación e interpretación del ADN/ARN) muy antiguo.

Diversos programas pueden cumplir con la misma función y los seres vivos disponemos de diferentes “versiones” de dicho software.

Es decir, no todos los seres vivos tienen el mismo contenido dentro de un gen determinado. 



A los diferentes contenidos posibles de un gen, que cumplen con la función de dicho gen, se los denomina “alelos”. Un alelo es cada una de las formas alternativas que puede tener un gen que se diferencian en su secuencia de ADN y que se puede manifestar en modificaciones concretas de la función de ese gen.






A la expresión de un conjunto de alelos en un ambiente determinado se la llama “fenotipo”.



2. La selección natural

La gran versatilidad del software genético permite la construcción de moléculas muy variadas y que pueden realizar gran cantidad de tareas.

El mecanismo por el cual este proceso de construcción de nuevas proteínas progresa de forma espontánea se conoce como selección natural.

La selección natural es un proceso que se ha ido comprendiendo poco a poco, desde el primer gran avance que supuso el enunciado, por parte de Darwin, de una serie de principios que regían la aparición de nuevas especies y su adaptación al medio.

De forma muy esquemática, la teoría de la evolución por selección natural, o, más exactamente, selección natural de fenotipos, establece que:

  • Los seres vivos son capaces de expresar características que pueden sufrir variaciones de forma espontánea. Hoy sabemos que esas características, al menos a bajo nivel, están gobernadas por la expresión de fenotipos de alelos de genes, y que esas variaciones espontáneas se deben a cambios y recombinaciones del ADN de dichos alelos y a su interacción con el medio.

  • Si una característica (hoy diríamos, un alelo o combinación de ellos) muestra ventajas significativas sobre el resto de características para un medio determinado (la mayor o menor idoneidad siempre depende del medio en que se exprese) el organismo que la porte se verá favorecido, sobrevivirá mejor y tendrá mayor descendencia, por lo que dicha característica aumentará su frecuencia en la población.

Un ejemplo lo tenemos en la pigmentación de la piel en los seres humanos:

  • En latitudes altas, con poca insolación, es necesario poder aprovechar al máximo la escasa insolación para sintetizar la vitamina D (que es necesaria para evitar el raquitismo). Las personas con piel fina y clara, que absorben con más facilidad la radiación solar, se ven favorecidas.

  • En cambio, cerca de los trópicos y el ecuador, el problema es justamente el contrario: evitar que el exceso de radiación ultravioleta (que es cancerígena y mutagénica) dañe la piel y provoque cáncer. Las personas con una piel gruesa y pigmentada se ven favorecidas.



Los genes se encuentran habitualmente agrupados en cromosomas. Dos alelos que se encuentren en la misma secuencia dentro del mismo cromosoma tienden a replicarse juntos con más facilidad. De este modo, la existencia de los cromosomas favorece la estabilidad de la herencia genética y permite que grupos de alelos que “trabajan bien” juntos, se propaguen a las generaciones siguientes.







Los biólogos hablan de 4 tipos de selección natural:

  • Selección estabilizadora, también llamada selección negativa o selección purificadora, es un tipo de selección natural en el que la diversidad genética decae: los extremos de una característica son seleccionados en contra, por lo que los organismos con características del rango "promedio" son los que más sobreviven. Éste es probablemente el mecanismo de acción más común de la selección natural y tiende a mantener a la población dentro de un rango promedio.

  • Selección direccional,  también llamada selección positiva, que favorece un solo alelo, y por esto la frecuencia alélica de una población continuamente va en una dirección. Ocurre cuando se produce una “innovación” ventajosa, o bien cuando un cambio en el medio hace que éste seleccione preferentemente una variedad (alelo) determinada.

  • Selección disruptiva o Selección balanceada, que simultáneamente favorece a los individuos de los dos extremos de la distribución de un carácter biológico. Cuando opera, los individuos de ambos extremos contribuyen con la mayoría de la prole que aquellos con el carácter en el rango medio. Puede conducir a la división de la población en dos o más especies.

  • Selección sexual, que es la que se produce cuando hay reproducción sexual y los miembros de un género eligen preferentemente a los individuos del otro género que muestran unas características determinadas, que a veces son arbitrarias y tienen poco que ver con su idoneidad para el medio. Contribuye a la diferenciación sexual, que en algunas especies es muy marcada.

Referencias:


















3. La selección artificial y la ingeniería genética

El ser humano ha introducido un quinto mecanismo de selección de especies: la selección artificial.

En realidad, lo que ha hecho es ponerse a sí mismo en el papel que antes desempeñaba el medio natural.

La selección artificial es la técnica de control reproductivo mediante la cual el hombre selecciona los fenotipos de organismos domésticos o cultivados. Esta técnica opera sobre características heredables de las especies, aumentando la frecuencia con que aparecen ciertas variaciones genéticas en las siguientes generaciones.

Esto produce una evolución dirigida, en la que las preferencias humanas determinan cuales son los rasgos que permiten la supervivencia, y el traspaso de esas características a la siguiente generación.

Casi todos los animales y plantas domesticados son fruto de este proceso, a lo largo de miles de años. La agricultura y la ganadería surgieron hace unos 10.000 años, en el Neolítico, y desde entonces el ser humano ha estado pacientemente seleccionando y cruzando entre sí a los animales y plantas que mejor satisfacían sus preferencias.





La mayor parte de las especies de plantas y animales domésticos son, en realidad, artificiales.

Un ejemplo clásico, al que volveremos más adelante, es el maíz. En su origen, el maíz es una gramínea, como las que crecen en el césped, que gracias a este proceso de selección artificial se ha hipertrofiado y ha multiplicado su tamaño y el de sus semillas casi por 1000 veces.


Durante mucho tiempo, el proceso de obtención de nuevas variedades mediante el cruce y selección de características deseables fue un proceso lento y trabajoso. Las mutaciones espontáneas útiles no suelen producirse al ritmo deseado, y es necesario esperar pacientemente durante muchas generaciones hasta conseguir una variedad estable.

Con el descubrimiento del poder mutagénico de la radiación gamma, el proceso de generación de nuevas variedades se ha acelerado sustancialmente. Irradiando gran cantidad de semillas se consigue aumentar significativamente la probabilidad de que aparezcan mutaciones interesantes.

Actualmente, más de 3.000 variedades de 170 especies diferentes se han obtenido mediante esta tecnología. Casi la mitad de las variedades de fruta y verdura presentes en los supermercados en la actualidad no existía hace menos de 100 años.

La técnica de irradiación para acelerar las mutaciones seduce por su altísima rentabilidad: si Japón ha invertido 60 millones de euros entre 1959 y 2001 en esta tecnología, se estima que los beneficios de la misma no han sido inferiores a los 60.000 millones de €.



Referencias:











4. La transgénesis

El espectacular incremento del número de variedades, sobre todo de plantas, y su adaptación a diferentes medios ocurrido en los últimos años gracias a la selección artificial y las mutaciones inducidas está alcanzando el límite de sus posibilidades.

Después de todo, la probabilidad que una mutación inducida añada toda una una característica nueva a una variedad, es extremadamente baja.

Quizá estamos alcanzando el límite de las posibilidades que ofrece esta tecnología.

La respuesta de la industria, no exenta de polémica (como veremos) es tratar de transferir propiedades apreciadas de una especie a otra.

Es lo que se conoce como “trasgénesis”.

Se llama transgénico a una planta o a un animal en cuyas células se ha introducido un fragmento de ADN exógeno, o sea un ADN que no se encuentra normalmente en ese organismo, y que puede ser de otra especie, o bien artificial.

Existen tres sistemas para conseguir esto:

  • Microinyección de zigotos, consistente en obtener un gran número de células germinales femeninas (por ejemplo, mediante tratamientos de fertilidad). Estas células se fertilizan y los cigotos obtenidos se manipulan uno a uno y con una micropipeta a modo de aguja, se introduce una solución que contiene el ADN. En algunos casos, el gen se habrá implantado correctamente (para ello, habrá que esperar a que los individuos se desarrollen completamente).



  • Manipulación de células embrionarias, consistente en la introducción de ADN extraño en células embrionarias totipotentes (células ES) o células embrionarias madres (células EM). Estas células se toman del interior de la blástula (una fase del desarrollo embrionario). El ADN extraño se introduce en las células ES mediante diversas técnicas, posteriormente las células transfectadas son reintroducidas en una blástula y ésta reimplantada en una hembra. Con esta técnica los neonatos son quimeras, o sea, tienen células de origen distinto, parte con el material genético original y parte transfectadas. Mediante el cruce de con aquellas quimeras que hayan incorporado el transgén en su línea germinal se consiguen animales transgénicos.



  • Uso de cromosomas artificiales, técnica que consiste en crear verdaderas especies nuevas mediante la introducción de un cromosoma completo.




Referencias:






5. Usos de la ingeniería genética

Más allá de la generación “tradicional” de nuevas variedades mediante el cruce y selección, las nuevas tecnologías de transgénesis abren un gran abanico de posibilidades.

A nivel mundial, los daños producidos por las malas hierbas destruyen casi el 10% de los cultivos, y para evitarlo los agricultores utilizan herbicidas, con el consiguiente gasto económico y contaminación de aguas y suelos.

Durante los últimos 50-100 años, la mejora genética de las plantas de cultivo ha resultado en una mejora importante de la productividad e incremento en las capacidades nutritivas.

Un ejemplo de cultivos a los que les ha sido subsanada alguna deficiencia nutricional por biotecnología es el caso del arroz dorado, con niveles incrementados de B-caroteno, un precursor de la vitamina A. Para ello se introdujeron tres genes que codificaban enzimas de la ruta biosintética que conduce a la síntesis de carotenoides en el genoma de arroz usando métodos de recombinación. 



Pero en los últimos años se han percibido estancamiento e incluso descensos en los niveles productivos, lo que puede ser debido tanto a falta de políticas de protección de suelos y como al aparecimiento de nuevas y más potentes plagas, resistentes a los medios de control habituales.

Generar plantas resistentes a condiciones más duras y a las nuevas plagas y compuestos herbicidas mejoraría esta situación.

Pero hacerlo mediante simple cruce y selección es una tarea titánica. Sobre todo si se quiere que sean resistentes a las nuevas plagas, que aparecen con rapidez. Se tardaron miles de años en conseguir las variedades naturales.

Para lograrlo de forma más efectiva, se usan vectores que transportan genes de resistencia a herbicidas y plagas. Un ejemplo es la resistencia al herbicida glifosato en los cultivos de soja y maíz. El maíz es, en sí mismo, una gramínea, y por tanto es susceptible de ser víctima de los herbicidas que pretenden acabar con sus competidoras y no hay otra forma (viable) de hacerlo resistente a los mismos.



Ciertos compuestos de interés farmacológico o químico, como hormonas o enzimas, pueden ser producidos de forma más económica si los genes encargados de su fabricación son implantados en organismos de crecimiento rápido, como las bacterias, las algas, o las plantas. Disponer, por ejemplo, de insulina de calidad y en grandes cantidades es posible mediante vacas transgénicas, que la producen abundantemente en su leche. El coste de obtención se ha reducido casi 1000 veces.



Referencias:







6. Inquietudes y perspectivas

En resumen, los organismos modificados genéticamente son organismos vivos, cuya única particularidad es que contienen uno o mas genes introducidos que codifican las proteínas que le confieren el carácter deseado (resistencia a herbicida, a insectos, producción de la enzima u hormona deseada…).

Hay una serie de falsos mitos circulando a propósito de esta tecnología:

  • En general, si las proteínas codificadas no son tóxicas (es decir, no son toxinas) ni alérgicas, no tienen ningún efecto fisiológico negativo. Otra cosa muy diferente es que se implante deliberadamente el gen productor de una toxina, o que no se conozcan los efectos de la proteína codificada en la salud a medio y largo plazo. En un intento de controlar mejor este riesgo, en Europa, a diferencia de EEUU, es obligatorio etiquetar los alimentos transgénicos.



  • El hecho de consumir, por ejemplo, un alelo del gen EPSP de resistencia a herbicida junto con la planta, no supone ningún riesgo: éste se degradará rápidamente (al igual que el resto del ADN) en el intestino. Un gen exógeno, aunque sea artificial, está formado exactamente por los mismos componentes que un gen “normal”.

Sí que son ciertos y comprobados los siguientes riesgos:

  • La posible presencia de agrotóxicos en mayor cantidad, ya que las plantas se hacen resistentes a ellos, pueden usarse en dosis más “generosas” y así acabar mejor con las plagas.

  • La posible transferencia de genes por cruzamientos con plantas silvestres, lo que puede tener los mismos efectos que introducir especies de otros lugares en un ecosistema.

  • La posible toxicidad y la capacidad de invasión de las plantas modificadas, que resultaría en la pérdida de las especies naturales y la disminución de la biodiversidad.

  • Indirectamente, es un riesgo cierto el abandono de las variedades autóctonas, menos productivas, en favor de las transgénicas. Noruega ha creado la Bóveda Global de Semillas de Svalbard (en inglés Svalbard Global Seed Vault), que está situada cerca de Longyearbyen en el archipiélago noruego de Svalbard. Es el almacén de semillas más grande del mundo, creado para salvaguardar la biodiversidad de las especies de cultivos que sirven como alimento. Se conoce popularmente como "Bóveda del fin del mundo".

  • Algunas empresas proveedoras de semillas pueden practicar (y, de hecho, practican) acciones de ética cuestionable, por ejemplo:

    • Proporcionar semillas que hagan crecer plantas estériles (las famosas “terminator”) para que los agricultores no puedan guardar parte de las semillas y plantarlas para la siguiente cosecha y tengan así que volver a comprarlas.

    • Patentar los genes o las plantas, para adquirir una especie de “monopolio” de facto de un cultivo. En este sentido:
      • Patentar genes ya existentes (es decir, presentes en otras especies) es una cuestión que suscita mucha controversia, ya que se trata de un patrimonio común y ancestral.

      • En la práctica, es imposible patentar una variedad de una especie, por simple definición, ya que el límite entre variedades “naturales” y “artificiales” es borroso y el intercambio de genes entre ellas es posible (y probable). La única posibilidad (que ya se ha explorado) es patentar un genoma completo y producir millones de semillas “clónicas” con ese genoma. Esto tiene claros inconvenientes, ya que destruye la diversidad genética natural y hace a los cultivos mucho más sensibles a una plaga que tenga la capacidad de atacar a esa variedad.

      • Y, en el caso de genes fabricados íntegramente de forma artificial, hay controversia sobre lo que ocurriría si dichos genes se distribuyesen por el medio y contaminasen a plantas autóctonas. ¿habría que pagar “royalties” por ello a su inventor? ¿Podría el inventor ser demandado por “distribuir sin permiso” sus genes? ¿Debería el inventor poner todos los medios posibles para garantizar que sus genes no salgan de sus plantas? (algo que es, ciertamente, poner puertas al campo).

El problema central de la controversia sobre los transgénicos son, en realidad, las prácticas comerciales de dudosa ética por parte de una serie de multinacionales que, hasta el momento, son las únicas que desarrollan esta tecnología a gran escala.




Pero, como hemos tratado de hacer ver en este artículo, las potencialidades son muy interesantes, y un uso adecuado de la misma puede suponer un antes y un después en aspectos como la seguridad alimentaria, la biosíntesis de muchos compuestos químicos y, en general, la biotecnología (usar organismos vivos para realizar procesos químicos e industriales de forma menos contaminante y más sostenible).

No deberíamos dejar que unos pocos intereses privados monopolicen, de forma poco ransparente, una tecnología con tanto potencial.



Referencias:










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