La biotecnología agrícola , también conocida como agritech , es un área de la ciencia agrícola que implica el uso de herramientas y técnicas científicas, incluyendo ingeniería genética , marcadores moleculares , diagnósticos moleculares , vacunas y cultivo de tejidos , para modificar organismos vivos: plantas , animales y microorganismos . [1] La biotecnología de cultivos es un aspecto de la biotecnología agrícola que se ha desarrollado mucho en los últimos tiempos. Los rasgos deseados se exportan de una especie particular de cultivo a una especie completamente diferente . Estos cultivos transgénicos poseen características deseables en términos de sabor, color de las flores, tasa de crecimiento, tamaño de los productos cosechados y resistencia a enfermedades y plagas.
Los agricultores han manipulado plantas y animales mediante la crianza selectiva durante décadas o miles de años con el fin de crear rasgos deseados. En el siglo XX, un aumento en la tecnología resultó en un aumento de la biotecnología agrícola mediante la selección de rasgos como el aumento del rendimiento, la resistencia a las plagas, la resistencia a la sequía y la resistencia a los herbicidas . El primer producto alimenticio producido mediante biotecnología se vendió en 1990 y, en 2003, 7 millones de agricultores utilizaban cultivos biotecnológicos. Más del 85% de estos agricultores se encontraban en países en desarrollo. [2]
El cruzamiento tradicional [3] se ha utilizado durante siglos para mejorar la calidad y la cantidad de los cultivos. El cruzamiento combina dos especies sexualmente compatibles para crear una variedad nueva y especial con los rasgos deseados de los progenitores. Por ejemplo, la manzana honeycrisp presenta una textura y un sabor específicos debido al cruzamiento de sus progenitores. En las prácticas tradicionales, el polen de una planta se coloca en la parte femenina de otra, lo que da lugar a un híbrido que contiene información genética de ambas plantas progenitoras. Los fitomejoradores seleccionan las plantas con los rasgos que buscan transmitir y continúan criando esas plantas. Tenga en cuenta que el cruzamiento solo se puede utilizar dentro de la misma especie o de especies estrechamente relacionadas.
Las mutaciones pueden ocurrir aleatoriamente en el ADN de cualquier organismo. Para crear variedad dentro de los cultivos, los científicos pueden inducir aleatoriamente mutaciones dentro de las plantas. La mutagénesis utiliza la radiactividad para inducir mutaciones aleatorias con la esperanza de tropezar con el rasgo deseado. Los científicos pueden utilizar sustancias químicas mutantes como el metanosulfonato de etilo o la radiactividad para crear mutaciones aleatorias dentro del ADN. Los jardines atómicos se utilizan para mutar los cultivos. Un núcleo radiactivo se ubica en el centro de un jardín circular y se eleva desde el suelo para irradiar los cultivos circundantes, generando mutaciones dentro de un radio determinado. La mutagénesis a través de la radiación fue el proceso utilizado para producir pomelos de color rojo rubí .
La poliploidía puede inducirse para modificar el número de cromosomas en un cultivo con el fin de influir en su fertilidad o tamaño. Por lo general, los organismos tienen dos juegos de cromosomas , también conocido como diploidía . Sin embargo, ya sea de forma natural o mediante el uso de productos químicos, ese número de cromosomas puede cambiar, lo que da como resultado cambios en la fertilidad o modificación del tamaño dentro del cultivo. Las sandías sin semillas se crean de esta manera; una sandía de 4 juegos de cromosomas se cruza con una sandía de 2 juegos de cromosomas para crear una sandía estéril (sin semillas) con tres juegos de cromosomas.
La fusión de protoplastos es la unión de células o componentes celulares para transferir características entre especies. Por ejemplo, la característica de la esterilidad masculina se transfiere de los rábanos a las coles lombardas mediante la fusión de protoplastos. Esta esterilidad masculina ayuda a los fitomejoradores a crear cultivos híbridos. [4]
La interferencia de ARN (RNAIi) es el proceso en el que se inhibe o desactiva el mecanismo de ARN a proteína de una célula para suprimir genes. Este método de modificación genética funciona interfiriendo con el ARN mensajero para detener la síntesis de proteínas, silenciando así un gen.
La transgenia implica la inserción de un fragmento de ADN en el ADN de otro organismo para introducir nuevos genes en el organismo original. Esta adición de genes al material genético de un organismo crea una nueva variedad con las características deseadas. El ADN debe prepararse y empaquetarse en un tubo de ensayo para luego insertarse en el nuevo organismo. La nueva información genética se puede insertar con pistolas genéticas o biolística. Un ejemplo de una pistola genética transgénica es la papaya arco iris, que se modifica con un gen que le da resistencia al virus de la mancha anular de la papaya . [5]
La edición genómica es el uso de un sistema enzimático para modificar el ADN directamente dentro de la célula. La edición genómica se utiliza para desarrollar canola resistente a herbicidas para ayudar a los agricultores a controlar las malezas.
La biotecnología agrícola se ha utilizado para mejorar el contenido nutricional de una variedad de cultivos en un esfuerzo por satisfacer las necesidades de una población en aumento. La ingeniería genética puede producir cultivos con una mayor concentración de vitaminas. Por ejemplo, el arroz dorado contiene tres genes que permiten a las plantas producir compuestos que se convierten en vitamina A en el cuerpo humano. Este arroz nutricionalmente mejorado está diseñado para combatir la principal causa de ceguera en el mundo : la deficiencia de vitamina A. De manera similar, el proyecto Banana 21 [6] ha trabajado para mejorar la nutrición de los plátanos para combatir las deficiencias de micronutrientes en Uganda. Al modificar genéticamente los plátanos para que contengan vitamina A y hierro, Banana 21 ha ayudado a promover una solución a las deficiencias de micronutrientes a través del recipiente de un alimento básico y una importante fuente de almidón en África. Además, los cultivos pueden modificarse para reducir la toxicidad o para producir variedades con alérgenos eliminados .
Una característica muy buscada es la resistencia a los insectos . Esta característica aumenta la resistencia de un cultivo a las plagas y permite un mayor rendimiento. Un ejemplo de esta característica son los cultivos que están modificados genéticamente para producir proteínas insecticidas descubiertas originalmente en ( Bacillus thuringiensis ). Bacillus thuringiensis es una bacteria que produce proteínas repelentes de insectos que no son dañinas para los humanos. Los genes responsables de esta resistencia a los insectos han sido aislados e introducidos en muchos cultivos. El maíz y el algodón Bt son ahora comunes, y el caupí , el girasol , la soja , los tomates , el tabaco , las nueces , la caña de azúcar y el arroz se están estudiando en relación con Bt.
Las malas hierbas han sido un problema para los agricultores durante miles de años; compiten por los nutrientes del suelo, el agua y la luz solar y resultan mortales para los cultivos. La biotecnología ha ofrecido una solución en forma de tolerancia a los herbicidas. Los herbicidas químicos se rocían directamente sobre las plantas para matar las malas hierbas y, por lo tanto, la competencia y los cultivos resistentes a los herbicidas tienen la oportunidad de prosperar.
A menudo, los cultivos se ven afectados por enfermedades que se propagan a través de insectos (como los pulgones ). La propagación de enfermedades entre las plantas de cultivo es increíblemente difícil de controlar y, anteriormente, solo se podía controlar eliminando por completo el cultivo afectado. El campo de la biotecnología agrícola ofrece una solución mediante la ingeniería genética de la resistencia a los virus. Entre los cultivos transgénicos resistentes a las enfermedades que se están desarrollando ahora se encuentran la mandioca , el maíz y la batata .
La biotecnología agrícola también puede ofrecer una solución para las plantas en condiciones de temperaturas extremas. Para maximizar el rendimiento y evitar la muerte de los cultivos, se pueden diseñar genes que ayuden a regular la tolerancia al frío y al calor. Por ejemplo, las plantas de tabaco han sido modificadas genéticamente para que sean más tolerantes a las condiciones de frío y calor, con genes que se encontraron originalmente en Carica papaya. [7] Otras características incluyen la eficiencia en el uso del agua, la eficiencia en el uso del nitrógeno y la tolerancia a la sal.
Las características de calidad incluyen un mayor valor nutricional o dietético, un mejor procesamiento y almacenamiento de alimentos o la eliminación de toxinas y alérgenos en las plantas de cultivo.
Actualmente, solo una pequeña cantidad de cultivos modificados genéticamente están disponibles para su compra y consumo en los Estados Unidos. El USDA ha aprobado la soja, el maíz, la canola, la remolacha azucarera, la papaya, la calabaza, la alfalfa, el algodón, las manzanas y las patatas. [8] Las manzanas transgénicas ( manzanas árticas ) son manzanas que no se oscurecen y eliminan la necesidad de tratamientos anti-oscurecimiento, reducen el desperdicio de alimentos y realzan el sabor. La producción de algodón Bt se ha disparado en la India, con 10 millones de hectáreas plantadas por primera vez en 2011, lo que resultó en una reducción del 50% en la aplicación de insecticidas. En 2014, los agricultores indios y chinos plantaron más de 15 millones de hectáreas de algodón Bt. [9]
La regulación de la biotecnología agrícola en los EE. UU. recae en tres agencias gubernamentales principales: el Departamento de Agricultura (USDA), la Agencia de Protección Ambiental (EPA) y la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA). El USDA debe aprobar la liberación de cualquier nuevo OGM, la EPA controla la regulación de los insecticidas y la FDA evalúa la seguridad de un cultivo en particular enviado al mercado. En promedio, se necesitan casi 13 años y 130 millones de dólares en investigación y desarrollo para que un organismo modificado genéticamente llegue al mercado. El proceso de regulación demora hasta 8 años en los Estados Unidos. [10] La seguridad de los OGM se ha convertido en un tema de debate en todo el mundo, pero se están realizando artículos científicos para probar la seguridad de consumir OGM además del trabajo de la FDA. En uno de esos artículos, se concluyó que el arroz Bt no afectaba negativamente la digestión y no inducía la transferencia horizontal de genes . [11]