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La nueva revolución agrícola
( Publicado en "La Revolución de la Bioingeniería", Fernando Mönckeberg, 1988,
Editorial Mediterráneo )
Por los extraordinarios avances que se están logrando en la manipulación genética de
plantas y animales, ya se puede prever una nueva revolución en la producción de
alimentos.
La primera revolución, se produjo entre los años 1920 y 1950, cuando fue posible
mecanizar el sistema productivo agrícola. Ello permitió reemplazar la fuerza del hombre
y del animal, por la máquina, con el consiguiente aumento sustantivo en la producción.
La segunda revolución se produjo entre los años l950 y 1980, cuando se pudo disponer
de sustancias químicas, capaces de controlar pestes y enfermedades y cuando se
generalizó el uso de nutrientes adecuados para el crecimiento y desarrollo de plantas.
La tercera revolución, se está iniciando ya, después que el hombre descubrió la
posibilidad de modificar el patrimonio genético de las células. Ello ya está impactando a
la industria y ahora comienza a afectar la producción agropecuaria. En la actualidad, se
observan logros a nivel de laboratorio tan importantes coma plantas resistentes a
enfermedades a pesticidas, plantas que crecen en condiciones adversas, coma alta
salinidad del suelo o resistentes a la sequía, planta que se fertilizan a si mismas, o por
último, plantas con mayor contenido de nutrientes. Ya se ve como posible mejorar los
frutos y adecuarlos a las necesidades del mercado (mejor sabor o textura o mayor
uniformidad, etc.)
En producción animal, ha sido posible incorporar la tecnología del crecimiento rápido, o
la mejora en la calidad de la carne, o el incremento de la producción de leche. Por el
uso de vacunas producidas por ingeniería genética, en un futuro próximo se espera
prevenir la mayor parte de las enfermedades infecciosas que afectan a las diferentes
especies. Por último, este conocimiento permitirá también mejorar las razas, de
acuerdo a las necesidades de producción.
Todo ello tendrá un gran impacto en el sistema agropecuario,transformándolo en un
sistema de producción continuo y de riesgos controlados, aproximándose hacia lo que
podría considerarse una verdadera industria agropecuaria. Según el Departamento de
Agricultura de Estados Unidos, "se puede prever un cambio importante en el sector
agrícola, disminuyendo los pequeños predios para ser reemplazados por grandes
extensiones, científicamente explotadas, por las ventajas económicas que ello
significará. La competitividad y exigencias del mercado, serán los incentivos para el
cambio. Es posible prever que aquellos países que no se logren adaptar al nuevo
cambio tecnológico, perderán las posibilidades competitivas y disminuirán las ventajas
regionales climáticas, comparativas actuales. Las diferencias en la producción de
alimentos, que ya actualmente se ha producido entre desarrollo y subdesarrollo,
necesariamente se incrementarán y disminuirán aún más las posibilidades de
participación en el mercado agropecuario mundial de los países atrasados. Quienes
carezcan de medios, para pagar el costo, probablemente elevado de las nuevas
tecnologías, van a encontrarse con que su magra producción, ya no tendrá cabida en el
abundante abasto mundial. Más aún, para los pocos países subdesarrollados que
exportan alimentos a los países ricos, tal vez observen que ya no les comprarán más,
ya que por estas nuevas tecnologías entrarán en cultivo nuevas tierras que antes eran
inútiles e incultivables y ya no será necesario comprar esos productos en el extranjero".
Para nosotros, que estamos considerando nuestro recurso agropecuario como básico
para nuestro desarrollo, esto debiera constituir una inquietante voz de alarma, que nos
lleve sin tardanza a enmendar rumbos y a desarrollar estrategias destinadas a
adecuarnos al cambio científico y tecnológico, no como simples receptores de
tecnologías, sino como participes del proceso.
Son enormes los avances logrados en cultivos unicelulares, en la fusión de células
vegetales o en el uso de DNA recombinante, con lo que se abre la posibilidad de
mejorar diversas plantas o crear nuevas.
Cultivo Celular de Plantas o Variación Somoclonal
En la actualidad, se están utilizando diferentes métodos para lograr una mejor calidad
de los vegetales. Todos ellos se basan en la producción asexual, que significa un atajo
al proceso normal de reproducción de una planta, con lo que se logra un mejor control
del material genético y un acortamiento de los plazos naturales del desarrollo vegetal.
El cultivo celular consiste en una metodología por la cual se cultivan células de una
planta, en medios que contienen hormonas y nutrientes. Se cultiva cualquier célula de
la planta (no células sexuales, como los gametos), ya que ellas contienen en si toda La
información genética como para llegar a producir una planta entera.
El procedimiento es más o menos simple. Un pequeño trozo de tejido de una planta
adulta se coloca en una placa de cultivo con medio de cultivo Líquido o semi sólido (en
base a agar) al cual se le han agregado sustancias nutritivas y algunas hormonas de
crecimiento para estimular el desarrollo y división celular. A los pocos días se forma un
callo, constituido por células indiferenciadas. Si el cultivo continua, comienza a
formarse un embrión, con células que se van diferenciando hasta formar una planta
entera (figura 1). Para asegurar mayor éxito, es frecuente que el tejido que se elige
para el cultivo, provenga del extremo en desarrollo (meristema) (figura 2).
Los beneficios del cultivo de tejido, son enormes. Pueden iniciarse miles de cultivos
celulares por separado, en forma simultánea para someterlos luego a alguna variable
adversa, como sequía, salinidad del medio u otros. Los cultivos que sobreviven tendrán
la mayor tolerancia a la sequía o a la salinidad o a otros stress. Este método ha
permitido seleccionar papas resistentes a enfermedades, tabaco resistente a la sal y
tomates resistentes al alto contenido de aluminio que se encuentra en algunos suelos.
Por igual mecanismo, se puede seleccionar granos o plantas que tengan mayor
cantidad de aminoácidos esenciales, como lisina, tirosina o triptofano. Para ellos se
cultivan las células, en presencia de análogos de aminoácidos, que inhiben el desarrollo
de las células normales, con lo que se pueden seleccionar aquellas que sobreproducen
el determinado aminoácido. Ya se ha tenido éxito en seleccionar plantas que
sobreproducen un determinado aminoácido, como son los casos del tabaco, la
zanahoria, la alfalfa, el arroz y el maíz. Las plantas así seleccionadas, son fértiles y la
semilla conserva la característica de ser rica en determinado aminoácido, con lo cual se
favorece ya sea la alimentación humana o la alimentación animal.
Recientemente, se ha logrado obtener semillas de amaranto, resistentes a diversas
condiciones ambientales (el amaranto, en la actualidad se está considerando como muy
útil para la alimentación humana).
Por otra parte, resultados obtenidos en cultivos de tejidos vegetales en el laboratorio,
han mostrado algunos fenómenos que hasta ahora no tienen una explicación clara:
algunas de las plantas que se logran en este sistema, tienen características diferentes a
la planta de origen, como por ejemplo, un color más brillante o una mayor resistencia a
enfermedades. Hasta ahora, se atribuían estas diferencias a errores o diferencias en las
técnicas de cultivos, pero más bien parecen ser debidas a variaciones genéticas, ya que
en algunas de esas características, aunque aparecen en forma espontánea, son
transmisibles: Estas variaciones también suelen ocurrir en plantaciones convencionales,
como por ejemplo, en tomates, pero son muy infrecuentes. En cambio, en plantas
obtenidas par cultivo celular, son mucho más prevalentes. Por ejemplo, mientras en
cultivos corrientes de tomates aparece una variante en millones de plantas, en cultivo
unicelular de 230 plantas, aparecieron 13 variantes. Como los medios de cultivo usados
no contenían sustancias mutagénicas, se concluye que estas variantes se producen
como consecuencia de cultivo mismo. En todo caso, cualquiera que sea la causa, el
método provee de un modelo para estudiar nuevas variantes, que muy raramente se
producen en la naturaleza.
Por este método, se han obtenido tomates en que es muy débil la unión entre el tallo y
el tomate, lo que hace más fácil la recolección. Otras variaciones, producen frutos con
una mayor cantidad de sólidos, lo que abarata el transporte y disminuye el costo de
evaporar agua para obtener concentrados.
Otras variantes, ya se están logrando para satisfacer las necesidades del mercado
como en el caso de maíz. Es así como, en la elaboración de maíz inflado, se prefieren
variedades que contengan un grano más grande y que tengan mayor sabor a
mantequilla, sin que necesariamente aporten mas calorías. Se han logrado variantes
también más o menos dulces (desde hace tiempo que se sabe que el sabor dulce de
maíz es controlado por un solo gen). Se está también trabajando, por este método, en
La búsqueda de variedades de papas, trigo, plátano, y caña de azúcar. Como una
curiosidad, se ha obtenido papas del tamaño de un frejol.
Donde tal vez adquiere mayor importancia el cultivo unicelular, es en la silvicultura.
Históricamente el mejoramiento genético de árboles ha sido muy lento, pues deben
pasar varias décadas para que se manifiesten los resultados de los experimentos. El
cultivo de tejidos, abrevia el proceso de manera sustancial. Teóricamente, se puede
entrar a un bosque, seleccionar el árbol que done mejores características y reproducirlo
exactamente igual, por cultivo celular (clonación). El procedimiento ya se está usando
con las palmeras. De ellas existen tres tipos fundamentales: la datilera, el cocotero y la
palma de aceite. Estas dos últimas no pueden plantarse por esquejes, por lo que hasta
hace poco, sólo podían cultivarse nuevos árboles a partir de semillas.
Lamentablemente, la mayoría de las veces la semilla no se reproduce como se espera,
lo que representa un grave inconveniente, ya que la planta demora diez años en
producir aceite o cocos y recién entonces se puede saber si es buena o mala
productora. En la actualidad se producen con éxito cocoteros y palmas de aceite,
mediante el cultivo celular.
El aceite de palma, comenzó a explotarse a fines de la década del 50. Ya en 1960, su
producción había alcanzado 1.8 millones de toneladas, elevándose en 1980 a 9.4
millones de toneladas, con una producción estimada en 1985, de alrededor de 11
millones de toneladas. Es difícil que la producción siga aumentando a este ritmo aun
cuando su demanda es creciente. Ello se debe a que una palma tiene un período
productivo de 25 a 30 años y la mayor parte de las palmas en producción ya están
alcanzando su tiempo máximo. Por ello se hace urgente reemplazar miles de hectáreas
de plantación, con nuevos árboles. Para ello se requiere disminuir las variables
genéticas producto del cruzamiento, para así asegurarse una alta producción por árbol.
Aquí, la reproducción por cultivo celular adquiere una especial importancia (figura 3).
La firma anglo holandesa Unilever, dice tener capacidad para producir un millón de
palmas por clonación al año y ya se han plantado, con todo éxito, miles de estas
plantas en Malasia. Esta técnica puede ser utilizada en el país para optimizar la
producción frutícola.
Semillas Sintéticas o Embriogénesis Somática
Se ha llamado así a un proceso, también basado en el cultivo celular, en el que al
producirse el embrión éste se encapsula en un medio con fertilizante y pesticida. Con el
objeto de asegurar el momento de maduración del embrión, se detiene su crecimiento,
regulando los nutrientes dentro de la cápsula. El proceso se ha perfeccionado,
agregando, además de nutrientes, fungicidas e incluso gusanos inofensivos, los que, al
plantarse la semilla, se liberan y se comen las larvas de los insectos que podrían dañar
la planta. El encapsuIamiento se logra formando una envoltura constituida por un gel,
sobre la base de agarosa, alginatos, poliuretano, carragenatos o quitosanos (figura 4).
Luego, estas semillas prácticamente sin variación genética entre ellas, se plantan
cuando se desea. El agricultor adquiere así una semilla garantida, cuyas plantas van a
ser absolutamente uniformes y que van a madurar todas al mismo tiempo, lo que va a
disminuir el costo de la cosecha. Por otra parte se acorta el tiempo, porque si la
germinación natural de una semilla demora una a dos semanas, esta semilla artificial
germina en uno a dos días.
El principal factor lindante para el desarrollo de esta tecnología, estriba en los costos.
Cálculos previos, estimaban que sólo podría utilizarse para aquellas plantas cuyo
producto tuviera un costo mayor de 500 dólares/kg. Sin embargo, avances recientes
han permitido rebajar los costos hasta productos cuyo valor oscila entre 20 a 50
dólares el Kg, lo que ya está permitiendo usarlo a escala comercial.
Fusión Citoplasmática
Este método consiste en fusionar células provenientes de dos plantas enteramente
diferentes. Se puede así crear nuevas plantas, en las que se combinan las
informaciones genéticas de ambas. Para esto, luego de eliminar la pared celular
mediante enzimas líticas, puede lograrse que las células (protoplastos) se fusionen,
resultando una célula híbrida que puede regenerar posteriormente su pared celular y
dividirse en forma habitual.
El protoplasto contiene también el núcleo con todo su DNA, aparte de todos los
organelos y estructuras de la célula, necesarias para las reacciones que se desarrollan
en su interior. Al disolver la pared celular mediante enzimas, algunos protoplastos se
fusionan, aun cuando provengan de células de diferentes especies o genero (figura 5).
Con este fin las células se incuban en presencia de polietilenglicol o se aplican pulsos
eléctricos para estimular la fusión.
Algunas de estas células híbridas comienzan a dividirse y forman callos, de los cuales
deriva en definitiva un embrión y luego la planta adulta, con las características de
ambas células originales (figura 6).
El proceso puede ofrecer muchas posibilidades. Así por ejemplo, el protoplasto
proveniente de plantas que son susceptibles a ciertas enfermedades, pueden fundirse
con un protoplasto de otra planta de la misma especie silvestre, que tenga resistencia
natural a la misma enfermedad. Así, recientemente, se ha logrado fusionar células de
papas, con resistencia al herbicida triazina. Lo mismo se ha logrado con células del
tabaco.
También puede lograrse fusiones de células provenientes de especies diferentes. El
llamado tomato, un híbrido de papa y tomate, presenta papas en sus raíces y tomates
en su superficie. Desgraciadamente, ambos han resultado pequeños y de escaso
rendimiento. Lo mismo se ha logrado con zanahoria y perejil, o repollo y rábano.
También se está ensayando una nueva tecnología que consiste en fusionar un
protoplasto completo, con el citoplasma de otra célula a la que se ha eliminado el
núcleo. En las células de las plantas existe DNA extranuclear, especialmente en las
mitocondrias y cloroplastos. Muchas características de las plantas parecen, estar
controladas por el material genético de estos organelos especialmente los cloroplastos,
cuya función principal es aprovechar la luz solar por el proceso de fotosíntesis. Ese
material genético, por ejemplo, condiciona las características de resistencia a algunas
enfermedades o herbicidas a lo que es más importante, regula la eficiencia de la
fotosíntesis.
Este proceso se ha llamado cibridación y consiste básicamente en el traspaso de los
organelos de una célula a otra. Antes que se produzca la fusión celular, uno de los
núcleos se destruye por irradiación. El producto de la fusión, se llama entonces cíbrido,
en el cual la célula resultante contendrá un solo núcleo, pero tendrá al mismo tiempo
los organelos de ambas células. Con ello se puede conseguir traspasar de una planta a
otra, características controladas por organelos con mayor eficiencia en el
aprovechamiento de la fotosíntesis o resistencia a enfermedades o herbicidas.
El proceso de fusión no siempre resulta en todas las plantas. Muchas veces, la célula
fusionada no se divide y muere. Resultados exitosos se han encontrado en especies,
como espárragos, raps, repollo, cítricos, girasol, zanahoria, mandioca, alfalfa, mijo,
trébol y endibia.
Si bien se ha avanzado en todos estos procesos, aún no hay productos en el mercado
por lo elevado del costo y por la dificultad de manejo de las plantas en gran escala y
porque muchas veces resultan estériles. Pero, sin duda, estas dificultades se resolverán
a corto plazo.
Finalmente, algunos investigadores están trabajando en otros procesos, que han
denominado selección mutante. Por esta técnica, protoplastos fusionados son
sometidos a herbicidas. Sólo algunos de ellos sobreviven, porque son resistentes, y de
este modo se seleccionan. Esta propiedad la trasmiten a futuras generaciones, creando
así plantas resistentes a los herbicidas. Ello es importante, ya que muchas veces los
agricultores se ven con dificultades a la hora de sembrar debido a que la tierra puede
contener residuos de herbicidas que se han aplicado en la estación anterior. Si se
cultivan plantas sensibles a ellos, posiblemente no sobrevivirán. Si tienen plantas
resistentes, puede incluso aplicar el herbicida o pesticida mientras se desarrolla el
cultivo.
Uso de DNA recombinante
Sin duda esta tecnología es la que ofrece más expectativas para la obtención de plantas
con las características deseadas. Es así como, mediante el traspaso de genes, se puede
lograr plantas que tengan resistencia a enfermedades, herbicidas, pesticidas o
resistencia a la salinidad o a bajas temperaturas.
Una etapa fundamental para lograr esto la constituyó el hecho de conocer que genes de
bacterias podían transferirse a plantas, trasmitiéndoles las características que ese gen
comandaba. Es así ya clásica la experiencia que consistió en extraer una bacteria el gen
que lo hacia resistente a la neomicina, traspasarlo a una planta y lograr que también
ésta se hiciese resistente a este antibiótico (figura 7).
La base de esta tecnología está en el hecho de que todos los seres vivos organizan su
material genético usando los mismos elementos, ya sea un virus, una bacteria, una
planta o un mamífero e incluso el hombre, así como también sintetizan sus proteínas
utilizando 20 aminoácidos. Es así como se puede extraer un gen de una planta de arroz
e introducirlo a una planta de girasol y mantener algunas propiedades características
del arroz sin que la célula receptora la rechace. Lo importante es saber qué gen lleva la
información exacta para una determinada propiedad. En este sentido se ha avanzado
más en la individualización de los genes de los organismos microscópicos (bacterias,
levaduras, hongos, etc.), pero es más difícil lograrlo en las células de vegetales. De
cualquier modo la tecnología se conoce y será cuestión de ampliar el conocimiento
básico sobre la organización genética de los vegetales para alcanzar el objetivo
propuesto.
Uno de los problemas principales es conseguir introducir el gen deseado dentro de la
célula vegetal. Para eso se han usado varios vectores a sistemas de transporte, pero
éstos han sido exitosos sólo en algunas especies vegetales, y en particular, en las
plantas dicotiledóneas, como papa, tomate, alfalfa, soya, etc. Desgraciadamente, los
cereales, son monocotiledóneas. Probablemente, este obstáculo actual pronto se
logrará resolver. Es así como, muy recientemente, investigadores ingleses y japoneses
lograron hacer crecer protoplastos de células de arroz, con lo que se da el paso
fundamental para manipular genéticamente monocotiledóneas. Más aún, Nigel
Grimsley, del Instituto Friederich Miescher (Basilea, Suiza) y Jeffrey Davis del Instituto
de Norwich (Inglaterra), consiguieron introducir genes foráneos al maíz. Por otra parte,
investigadores del Max Planck Institute, reportan haberlo realizado en arroz. Es decir,
ya se abrió la posibilidad de introducir genes en cereales.
El vector o transportador que más se ha utilizado es una bacteria denominada
Agrobacterium tumefaciens. Este microorganismo que se encuentra en la tierra, puede
infectar muchas especies vegetales introduciéndose por una herida de la misma y
provocando un tumor (figura 8). El tumor sobrevive en la planta, incluso si se consigue
eliminar la bacteria, porque ésta transfiere su material genético a los cromosomas de la
célula de la planta, con el fin de que ésta fabrique un derivado de la arginina, un
aminoácido del cual se alimenta la bacteria. El gen que produce el tumor y que la
bacteria introduce a la célula vegetal, está constituido par un pequeño trozo de DNA,
llamado factor Ti (tumor inducing). En un cultivo celular, es posible extraer del interior
de la bacteria el plasmidio que contiene este factor Ti. Esta propiedad es la que se
aprovecha para introducir a la célula vegetal el gen deseado. Así, a la bacteria se le
extrae el gen Ti y se acopla el gen que se desea introducir. Posteriormente, éste es
incorporado al genoma del vegetal durante la infección (figura 9).
Otro vector que se está estudiando es el Ri (root-inducing), un plasmidio de Ia bacteria
Agrobacterium rhizogenes. Ella produce, en las plantas, la enfermedad llamada hayriroots (raíces peludas). Al extraer este gen, se puede también incorporar el gen deseado
y entrarlo así a la planta.
Por medio de esta tecnología, ya son numerosas las empresas que han logrado
introducir genes a las plantas, que las hacen resistentes a determinados herbicidas.
Así, por ejemplo, Calgene (California, USA), ha conseguido extraer de Salmonella
typhimurium el gen que codifica para la resistencia al glifosfato, introduciéndose al
tabaco usando el Ti como vector. El glifosfato, es tóxico para las plantas porque
interfiere con Ia enzima EPF sintetiza (enolpiruvifosfoquinato sintetasa), que a su vez
es indispensable para producir triptofano, tirosina y fenilalanina. La técnica consiste en
introducir en la planta el gen de la enzima EPF sintetasa y con ello se logra hacerla
resistente al glifosfato.
Usando la misma tecnología, se está buscando la resistencia a otros herbicidas, como
piclorato, paraquato, sulfonil ureas, imidazolinonas y fosfonotricina.
Resultados recientes indican que al parecer también se podría introducir el gen al
interior de la célula, sin necesidad de vector. Para ello se utiliza el protoplasto de la
célula y se incuba con el DNA extraño que se quiere introducir. El método se llama
electroporación, porque se aplica un toque de corriente al protoplasto, que
temporalmente abre los poros de sus membranas y deja entrar el DNA. Por este
método, Michael Fromm de Ia Universidad de Stanford (USA), ha logrado introducir un
gen de resistencia a los antibióticos en protoplastos de maíz, con lo que queda
demostrado que el procedimiento es posible.
Recientemente, Ray Wu, de la Universidad de Cornell, ha descrito un nuevo método
para introducir genes en células vegetales, consistente en un pequeño dispositivo que
dispara un pellet con DNA, que logra penetrar la pared celular. Por este método han
logrado introducir y expresar RNA del virus del mosaico del tabaco y DNA que codifica
para cloramfenicol acetil transferasa, a células de cebolla.
Son numerosos los Centros de Investigación que usando variaciones del método de
DNA recombinante, están tratando de introducir genes favorables a las plantas. Seed
Tec International (California, USA), ha conseguido semillas de girasol, que tienen
mucho mayor contenido de aceite. También han conseguido que semillas de girasol
produzcan una buena proteína, la faseolina, proveniente de un gen del poroto
Phaseolus vulgaris. Molecular Genetics, otra empresa americana, ha conseguido
producir maíz con un alto contenido de triptofano, un aminoácido que es esencial para
la alimentación humana y animal. Muchos otros grupos están trabajando para mejorar
las calidades nutritivas de diversos granos, o para lograr un mejor desarrollo de las
plantas en condiciones adversas (sequía, salinidad, enfermedades, etc.) o para
satisfacer mejor, exigencias del mercado.
Los métodos de traspasar genes a plantas siguen perfeccionándose y ya se están
usando genes trazadores, que permiten cerciorarse si un determinado gen ha sido
exitoso en su traspaso. Así, por ejemplo, recientemente, un grupo de investigadores de
la Universidad de California (San Diego, USA), ha conseguido traspasar a una planta de
tabaco el gen de la luciérnaga que codifica para la luciferasa, enzima que activa la
luciferina. Esta última permite a la luciérnaga emitir luz. Como resultado de ello esta
planta de tabaco se hace luminiscente (figura 10). De este modo se pueden monitorear
otros genes que se introduzcan simultáneamente y demostrar si están activos o no.
No cabe duda que en los próximos años se verán avances sustantivos en esta materia y
seguramente serán numerosas las semillas o plantas mejoradas que estarán
disponibles en el mercado.
Fijación de Nitrógeno
Uno de los principales factores que limitan la producción agrícola de las tierras
cultivadas es la disponibilidad en nitrógenos. A este respecto es interesante mencionar
que los importantes aumentos obtenidos en los rendimientos de producción de
cereales, como arroz, trigo o maíz, han implicado muchas veces variaciones genéticas
relacionadas con el uso más eficiente del nitrógeno en el suelo.
La industria de abonos nitrogenados requiere cantidades importantes de derivados del
petróleo para su funcionamiento, lo que ha provocado en la última década un
encarecimiento progresivo de este tipo de fertilizantes. Por otra parte, considerando el
aumento de la población mundial, las necesidades en abonos nitrogenados químicos
sólo podrán ser solventadas gracias a la construcción de nuevas plantas de fertilizantes
nitrogenados, volviéndose su precio cada día más prohibitivo para los países pobres.
Sin embargo, estos volúmenes crecientes en la demanda de este abono podrían ser
alternativamente paleados por un aumento en las cantidades de nitrógeno fijadas
biológicamente por bacterias del suelo, en particular del género Rhizobium. En efecto,
las plantas pertenecientes a la familia de las leguminosas, como porotos, soya, o
alfalfa, no necesitan fertilizantes nitrogenados, porque en sus raíces están asociadas
bacterias especificas que fijan el nitrógeno del aire y lo transfieren a la planta a través
de sus raíces. Esta asociación es responsable de la fijación de cerca del 50% del
nitrógeno total fijado en la superficie del globo (figura 11). Es una simbiosis perfecta,
en que la bacteria proporciona nitrógeno a la planta y ésta a su vez entrega algunos
nutrientes a la bacteria.
Basándose en esta simbiosis natural entre bacterias y raíces de las Ieguminosas,
numerosos investigadores, están tratando de lograr la misma simbiosis en plantas en
que normalmente este fenómeno no ocurre, como por ejemplo el maíz. Si ello se
lograra, podría ahorrarse el uso de fertilizante nitrogenado en este cultivo.
Investigadores más agresivos, han pensado que seria posible transferir directamente
los genes que a algunas bacterias le permiten fijar nitrógeno del aire, a las plantas. Sin
embargo esto no es fácil. Los genes fijadores de nitrógeno han sido estudiados en
detaIle en una bacteria del suelo, denominada KIebsiella pneumoniae y son 17 en total,
estando situados en una región relativamente pequeña del cromosoma bacteriano. Ya
han sido clonados en su conjunto y transferidos a otros microorganismos que no los
poseen (Azotobacter vinelandii y E. coli). Se ha logrado también transferirlo a la
levadura Saccharomyces cerevisae, pero desgraciadamente no se logró que se
expresaran en esta célula eucariota, más parecida a las células de las plantas. El día
que se logre traspasar estos genes (nif) a las células de plantas, ya no será necesario
agregar fertilizante nitrogenado a los cultivos. Ello probablemente demorará algunos
años más, pero significará un avance trascendental.
Por último, es necesario mencionar que sé están estudiando también asociaciones de
otros microorganismos fijadores de nitrógeno con plantas no leguminosas. Así, por
ejemplo, Se está estudiando Ia asociación entre las hojas de un pequeño helecho
(Azolla pinnata) que aparece durante la inundación de los campos de arroz en Asia y
una microalga azul, Anabaena azollae. Esta última es capaz de fijar el nitrógeno
atmosférico por un mecanismo parecido al de Rhizobium en las Ieguminosas. Este tipo
de microorganismos es particularmente interesante, ya que no sólo se alimenta del
nitrógeno del aire sino que además, y a diferencia de la mayoría de las bacterias, es
capaz de transformar el gas carbónico y el agua en azúcares a través de fotosíntesis.
Es muy probable que en un futuro cercano, Ia manipulación genética permita avances
substantivos en este campo.
Insecticidas Microbiales
Los biopesticidas cobran cada día mayor interés en relación a los pesticidas químicos.
Estos últimos se caracterizan por ser poco específicos, muchos son tóxicos para el
hombre o los animales, generan problemas de resistencia en los insectos y problemas
de residuos contaminantes. Es así como varios de ellos como el DDT, 2,4, 5T, Mirex,
etc., fueron ya prohibidos.
En cambio, la utilización de productos naturales, como las feromonas, utilizadas para
confundir las pistas dejadas para el apareamiento, el hongo Verticillium uni, usado para
combatir el pulgón, y en particular la bacteria Bacillu thuringiensis, cumplen una
función pesticida sin destruir el ecosistema ni fenómenos de resistencia.
La bacteria Bacillus thuringiensis es, sin duda, el bioinsecticida más prometedor: se
trata de un insecticida de ingestión producido por una bacteria. Es una proteína tóxica
que provoca el rompimiento de las células del intestino de las cuncunas, do los
lepidópteros y de algunos mosquitos. Este bioinsecticida es utilizado desde hace unos
veintidós años en los bosques de pino y encina. En 1985, más de 300 000 hectáreas de
bosques fueron tratados en Canadá desde el aire por pulverización de un insecticida a
base de esta bacteria.
También en el campo de la salud, una variedad aislada en Israel de B. thuringiensis, ha
aportado los medios de lucha contra ciertos insectos pertenecientes a los dípteros que
son vectores de enfermedades tropicales, tales como la oncocercosis, el paludismo, la
fiebre amarilla y varias encefalitis.
Las investigaciones sobre B. thuringiensis se orientan a diferentes campos (adaptación
a diversos medios agrícolas, reducción de los volúmenes a pulverizar, etc.), pero sin
duda que son las técnicas de DNA recombinante las que ofrecen mayores perspectivas.
El gen que controla la producción de la proteína tóxica, antes mencionada, ya ha sido
clonado en E. coli y Bacillus subtilis en donde se expresa perfectamente. A pesar que se
vislumbra como poco probable que un nuevo huésped sea capaz de producir la proteína
en cantidades superiores a B. thuringiensis (30 -40% del peso seco de la bacteria es la
toxina), el objetivo considerado es hacer secretar la proteína al exterior en B. subtilis.
Por otra parte se está estudiando por mutación dirigida, la ampliación del espectro de
acción de la bacteria. Es así como Klier (Institute Pasteur, Francia), ya ha construido
bacterias bivalentes activas contra dípteros y lepidópteros. A más largo plazo, interesa
la integración del gen bacteriano en el genoma de las plantas, obteniéndose así la
expresión de la toxina en las hojas.
Por último, investigadores de Biological Products Business (Durham, Inglaterra), han
patentado un inoculante microbiano, usando Agrobacterium, en el cual se ha
introducido un gen que codifica para la síntesis de quitinasa. Esta enzima es capaz de
degradar las paredes de hongos patógenos e insectos y funciona por lo tanto como
pesticida.
En resumen, estamos presenciando una nueva revolución agrícola, producto del avance
vertiginoso de Ia ciencia, lo que va a permitir al hombre tener los conocimientos
necesarios como para alejar definitivamente el fantasma del hambre. Sin embargo
preocupa, porque ya sabemos que el conocimiento no favorece a todos los hombres por
igual. Durante los últimos años hemos presenciado un tremendo avance de la
ingeniería genética en Estados Unidos y ello ha sido motivado por intereses
económicos. Numerosas industrias se han desarrollado y se han puesto de lleno a
investigar en esta área, porque en 1980, el Senado de Estados Unidos, aprobó que los
productos fabricados por ingeniería genética, puedan ser patentables. Es decir,
nosotros si no somos capaces de desarrollar la investigación, tendremos que pagar muy
caro si es que queremos disponer de esas semillas o plantas mejoradas aumentando
así la independencia científico tecnológica. Mucho tememos que el avance del
conocimiento vaya distanciando aún más el desarrollo del subdesarrollo.
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl