Biotecnología para una agricultura respetuosa con el medio ambiente

Introducción

Los productos agroquímicos desempeñan un papel fundamental para satisfacer las exigencias de rentabilidad en la producción mundial de alimentos. Sin embargo, se han suscitado preocupaciones respecto a sus efectos sobre la salud humana y sobre el medio ambiente. En estudios sobre toxicidad aguda y crónica, se demuestra que algunos fitosanitarios contienen principios activos que pueden actuar como disruptores hormonales, dando lugar posiblemente, a pérdidas de fertilidad, carcinogénesis y mutagénesis. La aplicación generalizada a las cosechas hace que los fitosanitarios estén presentes en los ecosistemas, en los acuíferos y en los sistemas hidrológicos de las principales zonas agrícolas de la Unión Europea. A largo plazo, ello puede repercutir sobre el medio ambiente natural y sobre la salud humana.

Estas preocupaciones sanitarias han contribuido a endurecer las normas de la UE sobre los residuos de plaguicidas que entran en la cadena alimentaria. Un ejemplo es la nueva directiva sobre alimentos infantiles, aprobada el pasado octubre, que exige que los residuos de plaguicidas se mantengan por debajo de los límites de detección. En la misma línea, la UE está estudiando la posibilidad de gravar los plaguicidas para intentar reducir su aplicación. Esto plantea una importante cuestión económica: si se limita y se grava el uso de plaguicidas, ¿se verá afectada la productividad y aumentarán los precios de los alimentos?

La biotecnología agrícola ofrece una posible alternativa, permitiendo mantener los niveles de rendimiento actual sin el uso intensivo de productos agroquímicos. Sin embargo, la biotecnología está todavía en sus primeras etapas de desarrollo y hace falta investigar más sobre su impacto en los seres humanos y en el medio ambiente.

Riesgos para la salud relacionados con los plaguicidas

Los plaguicidas suelen penetrar en la cadena alimentaria en forma de trazas químicas (residuos de productos químicos) en las cosechas sometidas a tratamiento. También pueden entrar a través del agua potable contaminada o en las grasas animales y de pescado en la dieta.

En las últimas décadas se ha prohibido o limitado el uso de muchos fitosanitarios a causa de la preocupación sobre su potencial cancerígeno u otros riesgos para la salud o el medio ambiente. La evaluación del riesgo y los estudios epidemiológicos de plaguicidas muestran que muchos, si no todos, son potencialmente tóxicos para los seres humanos. La exposición continuada a dosis bajas podría acentuar los riesgos de cáncer, trastornos neurológicos y pérdida de fertilidad, aunque estos efectos han de ser plenamente cuantificados todavía.

Cada vez está más claro que el cáncer es el resultado de alteraciones genéticas, que pueden ser heredadas o resultar de la mutación de las células somáticas. Más claramente, aquellos agentes que originan daños en el ADN o que provocan la replicación celular en ciertas poblaciones celulares, aumentan el riesgo de cáncer. Este efecto se denomina genotoxicidad. Aunque la genotoxicidad de los plaguicidas está todavía poco definida, algunas sustancias presentes en ellos pueden tener efectos genotóxicos o causar daños indirectos al ADN favoreciendo la formación de radicales libres oxigenados.

Además de la carcinogénesis, estudios científicos recientes sugieren que ciertos compuestos sintéticos encontrados en los plaguicidas pueden actuar como disruptores hormonales. Hay pruebas, en algunos casos, de que la fauna ha sufrido efectos adversos debidos a productos químicos presentes en el medio ambiente, que interactúan con el sistema endocrino y, por tanto, con la función hormonal. En muchos casos, las hormonas específicas de los animales y de los seres humanos son químicamente idénticas. Ello sugiere que, aunque se han realizado pocos estudios en seres humanos, los efectos endocrinos observados en animales pueden manifestarse también en el hombre.

Al menos cuatro tipos principales de efectos biológicos adversos pueden estar relacionados con la exposición a productos químicos disruptores del sistema endocrino (EDC): cáncer, alteraciones de la reproducción y del desarrollo, efectos neurológicos y efectos inmunológicos.

Los productos que se cree pueden afectar negativamente al sistema endocrino son los productos orgánicos halogenados, los plaguicidas sintéticos, los ftalatos y los metales pesados. Los plaguicidas sintéticos que pueden tener efectos perjudiciales sobre la reproducción y sobre el sistema endocrino son los insecticidas, los herbicidas, los fungicidas y los nematocidas. Muchos de ellos entran en la cadena alimentaria en forma de residuos de productos químicos presentes en las cosechas tratadas con plaguicidas. Una cuestión importante es si las concentraciones bajas de residuos de plaguicidas en la cadena alimentaria (trazas de productos químicos) ejercen algún efecto perjudicial sobre el sistema endocrino en los seres humanos.

La gravedad de esta hipótesis ha llevado al Parlamento Europeo a adoptar una resolución no vinculante, reclamando la prohibición de las sustancias que imitan a las hormonas. La resolución declara que, aunque hay pocas pruebas científicas sobre los riesgos para la fertilidad humana y animal y otros efectos sobre la salud, el principio de precaución exige que estas sustancias se retiren del mercado.

Biotecnología agrícola

En las últimas décadas, la agricultura se ha hecho cada vez más dependiente de los productos químicos. Los plaguicidas desempeñan un papel importante para satisfacer las necesidades mundiales de alimentos. Aparte de la mejora del rendimiento de las cosechas, esta dependencia química nos ha conducido a prestar poca atención a otras estrategias de protección de los cultivos. Son muchos los que piensan que a corto plazo no hay alternativas para los plaguicidas.

Sin embargo, se está abriendo paso una nueva tendencia para reducir la dependencia de la agricultura en los productos químicos: el uso de la biotecnología y la adopción de estrategias de protección de las cosechas en los programas de cultivo. Tendencia que se está viendo impulsada por los nuevos conocimientos en biología molecular y en las técnicas biotecnológicas asociadas, como las tecnologías de ADN recombinante, conjunto de técnicas que permiten que el ADN procedente de cualquier fuente pueda aislarse y transferirse entre diferentes organismos.

Las dos principales prácticas biotecnológicas que intervienen en los desarrollos más recientes son la selección genética, que utiliza la biotecnología para reforzar las técnicas tradicionales de cultivo selectivo; y la modificación genética, que cambia realmente el ADN de un organismo, introduciendo nuevas características de forma mucho más selectiva. Esto permite introducir las características deseadas en una variedad vegetal, sin que se pierdan otras características valiosas de la planta.

La aplicación de la biotecnología a la agricultura proporciona, pues, una serie de instrumentos valiosos para luchar contra las plagas y las enfermedades, aunque su uso exige la investigación previa de los procesos vitales del organismo. También, y antes de intentar la mejora genética de los cultivos, se necesita un gran esfuerzo de investigación en genética vegetal (por ejemplo, el proyecto del genoma Arabidopsis). Los resultados de estas investigaciones nos encaminarán a una mejor comprensión de los mecanismos genéticos y un mayor conocimiento de la función genética.

Tabla 1.

Prácticas biotecnológicas para sustitución de plaguicidas: Selección genética

Técnica

Observaciones y ejemplos

Mejora de variedades de plantas Uso de técnicas basadas en mapas o marcadores para identificar genes resistentes ¿loci génicos- para cultivos cruzados y mejorar la resistencia frente a las plagas y los agentes patógenos de las variedades comerciales de plantas.

Agentes de biocontrol Selección de microorganismos para combatir a organismos perjudiciales (insectos, nematodos, virus, hongos y bacterias) en campo:

Microorganismos antagonistas, como Trichoderma y Glicocadium para reducir las poblaciones de hongos patógenos.

Microorganismos que producen sustancias antimicrobianas, como Pseudomonas y Bacillus.

Parásitos de insectos, como hongos entomopatógenos, Bacillus Thuringensis y baculovirus.

Otras estrategias como predadores de insectos y patógenos de las plantas; bacterias y hongos patógenos de los nematodos; y machos estériles en poblaciones de insectos.

Biocidas Productos tóxicos excretados por microorganismos para controlar insectos, malas hierbas y patógenos de las plantas, p.ej. antimicrobianos y otros metabolitos como Strobilurinas.

Otras fuentes de resistencia Genomas de variedades vegetales silvestres y otros organismos (especialmente organismos de biocontrol) como fuentes de nuevos genes y compuestos.

Tabla 2.

Prácticas biotecnológicas para sustitución de plaguicidas: Ingeniería genética

Técnica

Observaciones y ejemplos

Plantas resistentes a insectos Ingeniería genética utilizando secuencias de codificación de endotoxinas procedentes de la bacteria Bacillus Thuringensis.

Ingeniería genética utilizando genes vegetales:

Genes vegetales que codifican inhibidores enzimáticos que interfieren en el proceso digestivo de insectos, como los inhibidores de proteinasas y amilasas.

Genes vegetales que codifican sustancias tóxicas, como lectinas, quitinasas y alcaloides.

Plantas resistentes a virus Ingeniería genética utilizando genes derivados de agentes patógenos. Esta estrategia se basa en el fenómeno de que un genoma patógeno es una fuente de resistencia:

Plantas genéticamente modificadas para expresar la proteína que recubre a los virus.

Uso de genes víricos que codifican las proteínas que intervienen en el ciclo de replicación y en el transporte de virus en las plantas.

Uso de secuencias de ARN que interfieren procesos, como ARN satélites y ARN normales o contratranscritos.

Ingeniería genética utilizando genes vegetales:

Genes que codifican proteínas relacionadas con la patogénesis. Estimulación de la respuesta hipersensible (HR) y de la resistencia sistémica adquirida (SAR).

Genes vegetales que codifican proteínas antivíricas: proteínas interactivas con ribosomas.

Genes naturales resistentes al organismo anfitrión. Clonación e inserción en plantas de genes naturales que confieren resistencia frente a los virus.

Otras fuentes de genes para obtener por ingeniería genética cosechas resistentes a los virus:

Anticuerpos de mamíferos para conferir resistencia a las enfermedades en las plantas.

Uso de sistemas de interferón, un componente del sistema inmunitario de los mamíferos.

Plantas resistentes a bacterias y hongos Ingeniería genética utilizando genes derivados de agentes patógenos:

Métodos transgénicos que favorecen la aparición de una respuesta hipersensible (HR) y resistencia sistémica adquirida (SAR).

Transformación de plantas con genes bacterianos que confieren autoinmunidad frente a las fitotoxinas bacterianas.

Ingeniería genética utilizando genes vegetales y genes de microbios no patógenos:

Genes que expresan proteínas antipatógenas, como quitinasas y RIP (proteína inhibidora de ribosomas), normalmente presentes en las semillas de cebada.

Plantas transgénicas que expresan pequeños péptidos antimicrobianos, como tiononas, proteínas de transferencia de lípidos, albúminas 2S y péptidos antimicrobianos ricos en cisteína.

Expresión transgénica de enzimas antifúngicas que degradan la pared celular de los hongos (quitinasas, glucanasas, proteasas).

Genes naturales resistentes al organismo anfitrión. Clonación, inserción y expresión de genes vegetales naturales que confieren resistencia frente a bacterias y hongos.

Ingeniería genética para expresar genes bacterianos y fúngicos no virulentos:

Plantas transgénicas portadoras de una casete genética con dos componentes (genes sensores y efectores) ¿expresados mediante un promotor vegetal¿ que activa la respuesta hipersensible (muerte celular estratégica).

Plantas transgénicas que expresan un gen productor de H2O2, sustancia tóxica para los microbios y que desencadena la respuesta hipersensible.

Mejora de los agentes de control Cepas transgénicas de microorganismos que expresan genes que confieren mejores cualidades de biocontrol:

Aplicación de microbios con mejor capacidad antagonista en el campo.

Proceso de fermentación para producir compuestos (biocidas) de bajo riesgo utilizando microorganismos transgénicos en condiciones limitadas.

Problemas sanitarios y medioambientales de la biotecnología agrícola

Actualmente se está discutiendo la posibilidad de liberar en el medio ambiente plantas, animales o microorganismos modificados genéticamente (llamados, genéricamente, "organismos modificados genéticamente" o GMO). Los problemas sanitarios y medioambientales más importantes son la toxicidad directa (incluyendo las alergias), la transferencia de información genética indeseable entre las especies y la mayor resistencia a los antibióticos. Sin embargo, buena parte de la preocupación pública proviene del desconocimiento de las bases científicas y de la confusión con otras enfermedades propagadas por los alimentos.

Algunos de estos temores están exagerados, como por ejemplo:

Toxicidad

El tubo digestivo humano aloja naturalmente a enormes poblaciones de microorganismos y convive con ácidos nucleicos y proteínas extrañas, de modo que no hay riesgo de transferencia genética con el material ingerido.

Transferencia entre especies

Un tema importante, asociado con el uso de esta tecnología, es que permite que la información genética atraviese la barrera entre las especies. De hecho, el ADN ya atraviesa esta barrera en la naturaleza. Se transfiere dentro de una misma especie y entre especies distintas, por ejemplo de los virus a las bacterias, o de los virus a los seres humanos. Hasta ahora, sin embargo, no se ha observado nunca la transferencia espontánea de ADN de plantas a microbios o animales.

Transferencia génica por medios normales en el polen

La transferencia génica puede ser una amenaza para el medio ambiente, perturbando el equilibrio existente entre los organismos. Es importante, sin embargo, comprender que cualquier equilibrio genético es un equilibrio dinámico, con mutaciones y transposiciones de genes que ocurren frecuentemente y de modo natural en todos los organismos vivos. No obstante, se han desarrollado soluciones capaces de reducir o suprimir la transferencia génica, como el uso de clones estériles (cuando el producto requerido no es la semilla), el uso de híbridos para suprimir la transferencia de genes a través del polen, y la transformación de mitocondrias y cloroplastos (utilizando el hecho de que, a diferencia del genoma nuclear, el genoma de los cloroplastos y las mitocondrias no se transfiere normalmente por el polen).

Resistencia a los antibióticos

La mayor parte de los métodos de transferencia génica se basan en un segundo gen, llamado gen marcador, que permite la selección de la planta transgénica. En la mayoría de los casos, hasta ahora, este gen marcador ha sido el gen de la neomicina fosfotransferasa (NPTII). El NPTII inactiva y proporciona resistencia frente a los antibióticos kanamicina y neomicina. Se han diseñado métodos para eliminar estos genes marcadores de las plantas, si es necesario. Esto puede llegar a ser esencial, a medida que aparezcan más características deseables a insertar en las plantas. El empleo de un gen marcador en una transformación impide su uso en modificaciones ulteriores; por tanto, a menos que se eliminen los marcadores, se necesitarán continuamente nuevos marcadores, para cada nueva característica que se desee incorporar. El problema está siendo abordado en varios laboratorios (públicos y privados) y, a largo plazo, los marcadores no serán necesarios.

Evaluación de riesgos

La evaluación de los riesgos de la biotecnología se refiere a los peligros para la salud humana y para el medio ambiente, derivados de la aplicación de técnicas biotecnológicas. Uno de los aspectos más importantes sobre la seguridad de los organismos transgénicos consiste en evaluar sus efectos a largo plazo, lo que supone vigilar la movilidad de los genes insertados y evaluar la expresión continua de genes resistentes, ya que éstos pueden afectar a organismos que no se desea implicar en el proceso y pueden perturbar o interrumpir la evolución de otros mecanismos naturales de resistencia.

El desarrollo de métodos de evaluación de riesgos debe incluir una comparación riesgo-beneficio de los productos agroquímicos habituales y de la biotecnología agrícola, para cuantificar y comparar el impacto de ambos sobre la salud humana y sobre el medio ambiente. Esta comparación debe evaluar las ventajas e inconvenientes de las distintas alternativas, tanto químicas como biológicas, permitiendo que ciudadanos y políticos puedan tomar una decisión basada en la estimación de los riesgos y los beneficios.

Marco reglamentario

Los hallazgos científicos que relacionan a los plaguicidas en la cadena alimentaria con las enfermedades humanas están impulsando a los políticos a establecer límites máximos para los residuos de plaguicidas en los alimentos. Al mismo tiempo, las precauciones indiscriminadas están dificultando el desarrollo de la mejor alternativa: la biotecnología.

El desafío actual consiste en desarrollar una política europea que proteja simultáneamente al público y al medio ambiente, que estimule la investigación y promueva la competitividad de la agricultura y de la industria biotecnológica. Actualmente, el marco reglamentario de la biotecnología agrícola se compone de directivas y reglamentos europeos. Los principales son:

Directiva sobre la liberación deliberada de Organismos Modificados Genéticamente (GMO) en el medio ambiente: la Comisión Europea presentó recientemente una propuesta de enmienda de la Directiva, para armonizar los sistemas europeos sobre esta materia. Ciertos estados miembros se niegan a aprobar la comercialización de GMO que otros sí han aprobado, y algunos han solicitado una moratoria. El Comité del Medio Ambiente, Salud Pública y Consumidores de la Comisión Europea ha propuesto una moratoria, a nivel europeo, sobre todos los cultivos transgénicos que esperan autorización para lanzarse al mercado. El sistema de vigilancia y reglamentación que establece esta Directiva es ya más estricto que en cualquier otra área de actividad, incluido el descubrimiento de nuevos fármacos.

Reglamento del Consejo (CE) no. 1139/98 de 26 de mayo de 1998 sobre etiquetado obligatorio de ciertos alimentos producidos a partir de organismos modificados genéticamente (GMO): algunos científicos creen que una de las principales razones de la oposición contra los GMO en Europa es la falta de cumplimiento de esta norma. El etiquetado de los GMO ha cogido por sorpresa a los organismos europeos de control de alimentos, que están teniendo dificultades para ponerlo en práctica, por ejemplo, falta de técnicas de identificación fiables. A este respecto, el Centro Común de Investigación de la Comisión Europea ha homologado recientemente un método de ensayo que permite detectar GMO en alimentos.

Directiva sobre la protección legal de los inventos biotecnológicos (98/44/EEC), en lo que respecta a la propiedad intelectual: la propiedad intelectual parece ser un tema muy delicado. Por una parte, permite recompensar el esfuerzo y la invención, lo que es importante, pues muchas PYMES o grupos públicos, que trabajan en la identificación de genes resistentes, se comportan como boutiques de ADN para las grandes empresas. Por otra parte, los altos costes de producción de los GMO (incluyendo la solicitud de patentes y el cumplimiento de los reglamentos) y el monopolio de unos pocos grupos en la biotecnología agrícola pueden desanimar a las organizaciones más pequeñas a producir sus propios organismos seleccionados. Y también puede alienar a los productores y a los consumidores a un número limitado de productos.

Aspectos industriales

Actualmente, la producción de semillas en el mundo está en manos de 5 ó 6 grandes empresas que, como Hoechst y Monsanto, fueron tradicionalmente grandes empresas químicas que parecen haber adoptado estrategias a largo plazo para entrar en el campo de las ciencias de la vida. Esto puede ser indicio de un gran cambio en el uso masivo de productos agroquímicos. Estas empresas están trabajando sobre estrategias alternativas, basadas en la biotecnología, combinadas con el uso selectivo de productos químicos. Las plantas transgénicas que expresan genes resistentes a los herbicidas y resistentes a los insectos están ya en el mercado. Irónicamente, sin embargo, algunas de las nuevas variedades producidas por ingeniería genética, como los cultivos resistentes a los herbicidas, dependen de la aplicación de ciertos tipos y cantidades de productos químicos para alcanzar buenos rendimientos, atrayendo así la preocupación del público.

Al mismo tiempo, hay una evidente falta de interés de las grandes empresas en el control biológico, quizás porque los productos para biocontrol están limitados a pequeños nichos de mercado. La I+D en este sector la realizan empresas pequeñas y grupos de investigación de instituciones científicas y está financiada, en su mayor parte, con fondos públicos. Esto lleva a la creación de una sólida base científica, pero a pocos resultados económicamente viables o a tecnologías aplicadas. En Estados Unidos, un número creciente de PYMES, centros de investigación y universidades están desarrollando y fabricando productos de biocontrol, mientras que en la UE las iniciativas del sector privado en este campo son escasas. Un motivo de esta situación puede ser que los procedimientos de registro y aprobación para comercializar microorganismos seleccionados genéticamente y productos derivados, no son asequibles para las PYMES.

Conclusiones

La tendencia legislativa a limitar el uso de plaguicidas puede aumentar significativamente las pérdidas de rendimiento debidas a enfermedades y plagas de las plantas, en el caso de que no se encuentren pronto alternativas. Aunque estas restricciones se imponen para mejorar la calidad de los alimentos y la protección del medio ambiente, los productos agroquímicos siguen siendo la principal forma de protección de los cultivos en todo el mundo.

Para progresar hacia una agricultura menos dependiente de los productos químicos es esencial que las nuevas contribuciones de la biotecnología sean mejor comprendidas, tanto por el público como por los políticos.

Indudablemente, la biotecnología puede contribuir decisivamente al desarrollo de una agricultura sostenible. La principal ventaja de la biotecnología agrícola es que permite que los agricultores reduzcan su dependencia de los productos agroquímicos (plaguicidas y abonos) para conseguir los rendimientos deseados. Si se realiza adecuadamente, se pueden conseguir los beneficios combinados de mejoras sanitarias para el consumidor, menores impactos medioambientales y mayor competitividad.

Aunque es esencial insistir en que la biotecnología se utilice del modo más seguro posible, si la sociedad quiere beneficiarse plenamente de sus posibilidades hay que considerar no sólo su seguridad intrínseca, sino también en relación con la agricultura basada en productos químicos a la que trata de reemplazar. Se debe aplicar el principio de precaución, pero en ningún caso debe convertirse en un obstáculo para la innovación, ni impedir que la sociedad consiga mejoras significativas a largo plazo, en materia de medio ambiente y de salud pública.

Una mejor comunicación al público, así como legislaciones actualizadas, son condiciones esenciales si Europa quiere evitar el retraso en el desarrollo internacional de la biotecnología para una agricultura respetuosa con el medio ambiente.

Palabras clave

productos agroquímicos, GMO, impacto ambiental, marco regulador

Referencias

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Agradecimientos

El autor quiere agradecer sus valiosos comentarios a las siguientes personas:

Dr. Francois Lefort (University of Crete), Profesor Michael G. Palmgren (The Royal Veterinary and Agricultural University), Dr. Mark Taylor (Scottish Crop Research Institute), Prof. Jean-Louis Prioul (Université de Paris-Sud), Dr. Peter C. Sijmons (Inst Agrotechnological Research, Wageningen, Holanda), Dr. Yves Dessaux (ISV-CNRS), Prof. Don Grierson (The University of Nottingham), Dr. Steve Rawsthorne (John Innes Centre), Dr. Wilco Jordi (DLO-Institute for Agrobiology and Soil Fertility), Dr. Paul Hooykaas (Institute of Molecular Plant Science, Leiden), Prof. Alain-M. Boudet (UMR 5546 CNRS ¿ UPS, Université Paul Sabatier), Dr. Genevieve Defago (Swiss Federal Institute of Technology) yDr. Bertrand Hirel (INRA).

Contacto

Miguel Vega, IPTS

Tel.: +34 95 448 82 11, fax: +34 95 448 83 39, correo electrónico: miguel.vega@jrc.es

Sobre los autores

Miguel Vega es Ingeniero Agrónomo por la Universidad Politécnica de Madrid y está especializado en Industria Agroalimentaria. Trabaja actualmente en el IPTS como Auxiliar Científico para asuntos relacionados con las Ciencias de la Vida. Anteriormente ha sido consultor de la Federación Española de Industrias de la Alimentación y de Bebidas. Su campo de investigación se centra en las tecnologías agroalimentarias bajo el punto de vista de la sanidad y del medio ambiente.

Laurent Bontoux posee un título en ingeniería de alimentos de la ENSIA (Francia) y es doctor en ingeniería medioambiental por la Universidad de California, Berkeley (EE.UU.). Trabaja actualmente en la DG XII de la Comisión Europea y fue anteriormente colaborador científico del IPTS y científico de seguridad en Proctor & Gamble. Su especialización abarca el tratamiento de aguas residuales, ecotoxicología, seguridad química, gestión medioambiental y gestión de residuos.

Antonio Llobell es Profesor del departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular en la Universidad de Sevilla y es miembro del Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis, CSIC, en Sevilla, España. Su investigación está dirigida a las aplicaciones bioquímicas en el control biológico de agentes patógenos de plantas.

The IPTS Report, is the refereed techno-economic journal of the IPTS,edited by D. Kyriakou, published monthly in English, French, German and Spanish.