La tecnología CRISPR tiene el potencial de revolucionar la forma en que producimos alimentos, gestionamos los recursos y mantenemos una agricultura sostenible y altamente productiva ante un clima cambiante.
La Cumbre Mundial de Innovación Agrotecnológica (World Agri-Tech Innovation Summit), celebrada en San Francisco a principios del 2024, reunió a más de 2.500 delegados de todos los eslabones de la cadena de valor agrícola y de más de cuatro docenas de países. La Cumbre, que duró dos días, se centró en la comercialización de soluciones para una agricultura que resista al cambio climático y estuvo repleta de temas de reflexión.
Una de las sesiones más interesantes del World Agri-Tech es la que abordó las numerosas y diversas oportunidades que ofrece CRISPR. La mesa redonda, moderada por Howard-Yana Shapiro, distinguido investigador del Centro Agroforestal Mundial (ICRAF), contó con la participación de diversos líderes del pensamiento científico, cada uno de los cuales utiliza CRISPR para alcanzar diferentes objetivos y ven en esta tecnología interesantes oportunidades futuras. He aquí un resumen del debate:
Nutrición de los Cultivos
Para poder cultivar los alimentos necesarios para alimentar a los miles de millones de habitantes de la Tierra, los agricultores actualmente no tienen más remedio que utilizar grandes cantidades de fertilizantes que conllevan elevados costes finales. Además, gran parte de esa inversión se desperdicia: sólo alrededor del 50% del nitrógeno aplicado sirve realmente para los fines previstos. El resto se desnitrifica y se libera a la atmósfera en forma de gases de efecto invernadero o se pierde por filtración a los sistemas acuáticos, contribuyendo así a los problemas de calidad del agua y a la proliferación de algas. ¿Y si CRISPR pudiera cambiar todo eso?
Uno de los panelistas, Eduardo Blumwald, distinguido profesor de biología celular del Departamento de Ciencias Vegetales de la Universidad de California Davis, está trabajando en buscar la manera de que CRISPR ayude a los cultivos a captar el nitrógeno del aire.
En teoría, reducir nuestra dependencia a los fertilizantes convencionales tiene una solución obvia, ya que el 80% de nuestro aire es nitrógeno y el 10-15% de las bacterias del suelo son capaces de fijar el amonio que podría servir de alimento a las plantas. El reto, por supuesto, es animar a las bacterias capaces de fijar el nitrógeno a que hagan ese trabajo. La fijación se ve drásticamente limitada porque el oxígeno del suelo inhibe la enzima nitrogenasa necesaria para el proceso de fijación del nitrógeno.
Ese es un problema con una solución CRISPR, dijo Blumwald en la discusión del panel.
“Lo que hicimos fue una solución muy sencilla. La planta se comunica con el medio ambiente a través de sustancias químicas. Exudan sustancias químicas todo el tiempo [a través] de las raíces. Así pueden hablar con el medio ambiente. Así que empezamos a analizar cuál de esas sustancias químicas puede inducir la producción de biofilms en las bacterias del suelo.”
¿Por qué el biofilm? Estas comunidades de microorganismos son prácticamente impermeable al oxígeno. Por eso, incluso en presencia de oxígeno en el suelo, las bacterias rodeadas de biofilm pueden fijar exitosamente el nitrógeno, producir amonio y alimentar a las plantas.
“Examinamos casi 3.000 sustancias químicas. Encontramos unos pocos, luego fuimos a las plantas y tratamos de observar la compleja vía metabólica. Pero ¿podemos modificarlo mediante CRISPR para producir más en la planta?,” dijo.
El proceso no fue nada fácil, «pero lo conseguimos», dijo Blumwald. “Funciona en el arroz y en el trigo. Estamos cultivando arroz y trigo con el 50% de la cantidad [convencional] de nitrógeno necesaria. Y esperamos que algún día [esa tecnología] llegue a los agricultores.”
Hay que reconocer que la merma del nitrógeno que se aplica contribuye a una pérdida sustancial de rendimiento: “Ahorramos un 50% de nitrógeno y perdemos un 25% de rendimiento,”, afirma Blumwald.
La decisión de si un cultivo es económicamente viable se reduce a simples cálculos matemáticos: “No es más que una fórmula comercial: cuánto gasto; cuánto gano. Si es conveniente, se adoptará,” afirmó.
El siguiente paso, que ya está en marcha, es trabajar con los fitomejoradores para introducir la tecnología en variedades de alto rendimiento y avanzar hacia su adopción comercial.
Cultivos Nuevos / Localizados
El panelista David Savage, investigador del Instituto Médico Howard Hughes en el Instituto de Genómica Innovadora (Innovative Genomics Institute), se mostró especialmente entusiasmado con el potencial de CRISPR para producir nuevos cultivos e incluso variedades localizadas.
El fitomejoramiento tradicional es un proceso muy lento, oneroso y laborioso que puede tardar años en traducir una idea en algo concreto en el campo. Una de las ventajas de todo el conjunto de herramientas genómicas actuales es que permiten conocer más rápidamente la biología subyacente de las plantas, lo que en última instancia ayuda a acelerar el proceso de mejoramiento, explicó Savage.
“La diferencia entre, digamos, las monocotiledóneas y las dicotiledóneas, las dos clases principales de plantas, es como la diferencia entre los humanos y los dinosaurios: es literalmente así de lejana en términos de divergencia. Así que CRISPR y las tecnologías asociadas nos permiten aprender sobre las plantas cada vez más rápido”.
Por ello, CRISPR y las tecnologías afines pueden ofrecer interesantes oportunidades, y no sólo en los cultivos convencionales.
“Creo que hay algunas oportunidades interesantes de cómo podríamos aplicar esto no sólo a cultivos bien conocidos como la patata o el arroz, sino también a cultivos menos conocidos o incluso podríamos empezar a imaginar la domesticación de otras plantas para crear nuevos tipos de alimentos,” dijo.
Por ejemplo, Savage trabaja en la capacitación de comunidades africanas. Allí existen plantas -como las calabazas especializadas que cultivan únicamente los pequeños agricultores de Nigeria- de las que casi no se ha hecho investigación académica en ningún lugar del mundo. Mientras que la mejora convencional podría ser demasiado costosa y lenta para un cultivo tan especializado, la mejora acelerada mediante CRISPR podría hacer realidad a corto plazo la mejora de la calidad y la productividad de estas plantas.
“Con este tipo de tecnología y la comprensión del genoma, podríamos ser capaces de aportar rasgos – tales como cambios en el tiempo de floración, por ejemplo, que podrían ser muy, muy útiles para los fitomejoradores- de una forma definida y más programable. Creo que abre muchas oportunidades,” afirma Savage.
Resistencia a Enfermedades
Aunque ya es posible seleccionar genes de forma específica, la panelista Kinneret Shefer, consejera delegada y cofundadora de GeneNeer, cree que el siguiente paso en la tecnología CRISPR es hacerla más eficiente silenciando genes de forma específica para cada tejido. Sin embargo, sigue habiendo retos técnicos, especialmente en algunos cultivos.
“Por ejemplo, puedes introducir el CRISPR, pero luego cómo lo sacas del genoma y evitas la modificación genética. En algunos cultivos es fácil: se puede cruzar. Pero en otros es casi imposible, como en las patatas.”
Estos retos técnicos son exactamente los que aborda la empresa de Shefer para cerrar la brecha entre la capacidad teórica y la realidad de los cultivos mejorados.
GeneNeer se centra en dos traits clave de la patata: la resistencia a los nematodos y la resistencia al Verticillium dahliae, un hongo que es un problema importante y creciente en Norteamérica, especialmente en Canadá.
“La razón por la que [el Verticillium dahliae] es un problema creciente es porque presionaron para que el cultivo madurara rápido para adaptarse a la temporada de Canadá, pero [la maduración] está genéticamente ligada a una menor resistencia a estos hongos. Así que cada vez maduran más rápido, pero cada vez son más vulnerables a los hongos,” explicó durante el panel.
¿La solución? Edición genética.
“La edición genética es actualmente la única herramienta que se me ocurre que puede dirigirse al gen de una manera muy precisa, porque hacer cruzamientos no va a resolver este problema, en mi opinión,” dijo Shefer.
Añadió que encontrar soluciones ahora no sólo es fundamental para los problemas actuales. El uso de la edición genética para mejorar la resistencia de las patatas al Verticillium dahliae “es un buen ejemplo de una solución importante para los problemas actuales, y también de poder ver que este es un problema que va a ser grave dentro de diez o veinte años en Canadá.”
¿Qué Nos Espera?
Shefer afirma que las posibilidades que se abren para la agricultura son asombrosas, gracias a las tecnologías que ahora están al alcance de los genetistas y fitomejoradores.
“Cuando era estudiante de doctorado, secuenciar el genoma podía llevar años. Hoy podemos hacerlo en cuestión de días. Y ni siquiera necesitamos hacer la secuenciación para obtener los genes: tenemos tecnología avanzada para identificarlos, y tenemos herramientas bioinformáticas para predecir su funcionalidad y herramientas de IA para predecir una funcionalidad de un cultivo a otro,” dijo.
“La gente cree que la agricultura es lenta. No lo es. Avanzamos muy deprisa con una tecnología combinada muy avanzada, desde la informática a la predicción, pasando de la edición genética a la especificidad de los tejidos. Si tengo que mirar al futuro, todos los rasgos [que necesitamos], creo sinceramente que podemos apuntar a ellos.”
Dicho esto, a pesar de todas sus funciones, CRISPR no es una solución para todo.
“No existe la bala mágica,” dijo Blumwald.
“Realmente hay que hacer las tareas. Y tienes que integrar bioquímica, encontrar los metabolitos y recordar que, en biología, particularmente en biología vegetal, el 90% de las reacciones son reversibles. Así que hay que contextualizarlas, sin importar lo que se haga. Y, por favor, utiliza NGS -la secuenciación de nueva generación es barata- porque necesitas tener control sobre cualquier resultado posible.”
Las cuestiones normativas siguen siendo el principal obstáculo para CRISPR y las tecnologías afines. Sin embargo, algunos retos normativos aparentemente insuperables pueden resolverse por sí solos, al menos parcialmente. El ejemplo perfecto es el plátano:
“Es curioso que podamos entrar por la puerta de atrás,” dijo la moderadora Howard-Yana Shapiro. “La Unión Europea, para que los plátanos Cavendish entren en la unión, en muy poco tiempo van a tener que aceptar un plátano CRISPR. Porque las zonas donde nunca pensamos que veríamos la enfermedad de la Raza 4 de Panamá, como Colombia y otros lugares que son grandes regiones productoras de plátanos, están sufriendo ahora. El deseo y la necesidad van a tener que empezar a trabajar de la mano.”
Shefer fue un paso más allá, haciendo un llamado a la industria alimentaria a dar un paso adelante como colaborador y socio clave en el apoyo a CRISPR, ya que la tecnología logra una prioridad clave y creciente de los clientes: la reducción del uso de pesticidas.
“No hay una forma realmente buena de evitar la reducción del rendimiento sin protegerlo de las plagas,” afirmó. “La única forma que conozco de aumentar la resistencia del cultivo es mediante la edición genética y creo que las empresas alimentarias deberían aprovechar esta oportunidad para liderarla y colaborar con los académicos, con la innovación y formar grupos de colaboración y liderarlos… porque los clientes son cada vez más conscientes del problema de lo que comen.”
Aunque es probable que muchas de las cuestiones normativas se debatan primero en el ámbito biomédico, a la agricultura le esperan unos próximos años interesantes y potencialmente transformadores.
“Está claro que todas las universidades de Estados Unidos utilizan CRISPR en alguno de sus laboratorios,” afirma Shapiro. “Todas las universidades del Reino Unido y la UE utilizan CRISPR en sus laboratorios. Nunca he estado en ningún sitio donde no se utilice. Todo el mundo va de puntillas hacia el permiso reglamentario para sacarlo al mercado.”
