El potencial de las tecnologías NGT como solución a la seguridad alimentaria

• El cambio climático representa una amenaza para la seguridad alimentaria y los rendimientos agrícolas. En 2023, España experimentó una grave sequía que generó pérdidas económicas significativas en el sector agrícola.
• Las tecnologías NGT se presentan como herramientas cruciales para la transición hacia una agricultura más sostenible, con altos rendimientos y adaptadas al cambio climático. Además, contribuyen a reducir la dependencia exterior de la UE en la producción agroalimentaria y benefician a diversos actores a lo largo de toda la cadena alimentaria.
• La aprobación por parte del Parlamento Europeo de algunas técnicas NTG para la producción de vegetales han sido sometidas a mutagénesis dirigida, lo que resalta la importancia del etiquetado de estos productos, así como la eliminación de las patentes de las semillas de estos cultivos.
• Los consumidores podrían acceder a alimentos con mejor sabor, propiedades nutricionales mejoradas y niveles reducidos de sustancias alergénicas, lo que a su vez contribuiría a la sostenibilidad del sector y de la producción agrícola.

El Pacto Verde de la UE tiene como uno de sus objetivos mejorar la sostenibilidad de los sistemas agroalimentarios. Sin embargo, las evaluaciones de los impactos de los cambios climáticos indican posibles reducciones en la producción agrícola en los próximos años.

Los fenómenos meteorológicos extremos como las olas de calor, las sequías y las precipitaciones intensas y prolongadas han aumentado en las últimas décadas, teniendo impactos significativos en la agricultura.

Por un lado, los agricultores han sufrido severas pérdidas en las ganancias de sus cultivos, mientras que los ciudadanos se han enfrentado al aumento de los precios de los alimentos y su posible impacto en la seguridad alimentaria a escala nacional e internacional.

Otros países destacados por la producción de alimentos, como por ejemplo Estados Unidos y Brasil, también están experimentando cada vez más los efectos negativos en los rendimientos de las cosechas año tras año.

La seguridad alimentaria y la erradicación del hambre son pilares fundamentales para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). Sin embargo, la sensibilidad al cambio climático ha convertido la producción de alimentos en un desafío creciente.

Según evaluaciones de la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación), los desafíos relacionados con el clima son una de las principales causas de la inseguridad alimentaria, y han resultado en una disminución del rendimiento de los principales cultivos a escala mundial en las últimas dos décadas. 

Esta situación se agravará aún más a medida que la tendencia actual de calentamiento pronostica aumentos promedio de la temperatura global que pueden variar de 1,5 a 4,8 °C para el año 2100.

La creciente necesidad de nuevas tecnologías agrícolas surge de la urgencia por abordar el esperado crecimiento demográfico mundial sin comprometer la biodiversidad del planeta, y sin garantizar la seguridad alimentaria mediante métodos de producción más eficientes que soporten los nuevos impactos del calentamiento global.

Principales efectos del cambio climático en agricultura en la 2023

En el transcurso del año 2023, según Aon, España enfrentó una grave sequía que desencadenó una situación económica crítica, generando pérdidas que alcanzaron los 5.550 millones de euros.

La fuerte sequía afectó 1,5 millones de hectáreas de superficie agrícola en España, dando lugar a los pagos de seguros agrícolas más altos registrados hasta la fecha.

La sequía en América del Sur, acompañada de olas de calor, ha causado pérdidas significativas en la agricultura de países como Brasil, Argentina y otros lugares de la región. Esta situación se traduce en una considerable pérdida económica estimada en 17.500 millones de dólares.

Por otro lado, las granizadas e inundaciones en Italia han ocasionado pérdidas anuales que superan los 4.500 millones de euros. 

Estas cifras destacan como las mayores pérdidas registradas relacionadas con el clima en la región. El 24 de julio de 2023, se registró el granizo más grande jamás documentado en Europa, con un diámetro de 19 cm.

Adicionalmente, cinco países incluyendo Albania, Ciudad del Vaticano, Turquía, Marruecos y Chad, establecieron nuevos récords históricos de temperatura. En Grecia, una ola de calor excepcionalmente prolongada elevó las temperaturas por encima de los 45 °C durante 17 días consecutivos, desde el 22 de julio hasta el 8 de agosto de 2023.

Tecnología NGT

Con predicciones que indican un aumento en la escasez de agua en los próximos años y una población mundial en constante crecimiento, la producción agrícola debe incrementarse para cubrir las necesidades básicas de la sociedad. Esto exige que las plantas sean más eficientes con el uso del agua.

En este sentido, las Nuevas Técnicas Genómicas (NGT, por sus siglas en inglés: New Genomic Techniques) son métodos que ofrecen la promesa de crear variedades de plantas más resistentes a factores como la sequía y las plagas.

La transgénesis ha sido la técnica predominante en la creación de organismos genéticamente modificados (OGM), implicando la inserción de genes de una especie en el genoma de otro organismo para conferirle nuevas características.

En contraste, ciertas NGT como la mutación dirigida al sitio o con el uso de otras técnicas biotecnológicas no requieren la incorporación de genes de especies externas, lo que habría sido imposible mediante cruzamiento natural. 

Por lo tanto, los organismos resultantes de estas NGT experimentan modificaciones genéticas sin la introducción de genes foráneos en su genoma, al mismo tiempo que adquieren nuevas características.

Los organismos resultantes de estas NGT experimentan modificaciones genéticas sin la introducción de genes foráneos en su genoma

Estas técnicas permiten una precisión quirúrgica en la modificación genética, lo que acelera la investigación y el desarrollo de nuevas variedades de plantas.

En resumen, las NGT ofrecen un desarrollo de cultivos más rápidos y precisos en comparación con los métodos convencionales. En países como España, donde los efectos del cambio climático están teniendo un impacto notable en la agricultura, las NGT pueden ser una solución para mantener la producción agrícola en los próximos años.

Recientemente, el Parlamento Europeo respaldó la simplificación de los procedimientos para los vegetales obtenidos con NTG con el fin de lograr un sistema alimentario europeo más sostenible y resistente.

Los productos de NTG de categoría 1 estarían exentos de ciertos requisitos de la legislación sobre OMG (Organismos Modificado Genéticamente) y se propone un etiquetado y la creación de una lista pública en línea. 

Para los productos de NTG de categoría 2, se mantendrían los procedimientos de autorización y etiquetado de OMG. Además, se incorporó una enmienda que prohíbe la protección mediante patentes para estas plantas, fomentando la universalización de estos logros.

¿Cómo funciona la tecnología NGT?

Las tecnologías de NGT generan cambios a nivel genómico, y para que estos cambios ocurran es necesario conocer el genoma de la planta. 

En dicho genoma se identifican los genes implicados en actividades clave, ya sea el rendimiento o la resistencia frente a la escasez de agua, por ejemplo.

Estos genes específicos son los que se someten a cambios, y su expresión dará lugar a cultivos con características que se deseen potenciar o para crear resistencia.

Antes de la votación en el Parlamento Europeo, se llevó a cabo un estudio exhaustivo de las técnicas más prometedoras, así como una evaluación de la seguridad y los posibles impactos ambientales, analizando detenidamente los pros y contras de cada mecanismo. 

Algunos de los mecanismos analizados por la comisión y que ocurren a nivel del ADN se describen a continuación:

• Cisgénesis: implica la inserción de fragmentos de ADN de la misma especie o de especies compatibles entre sí, preservando su estructura nativa.
• Intragénesis: permite la inserción de nuevas combinaciones de ADN de la misma especie o de especies compatibles entre sí, potencialmente integrando técnicas de interferencia de ARN (ARNi).
• SDN: involucra nucleasas que se dirigen a sitios específicos en el ADN, induciendo roturas de doble cadena. Este proceso activa mecanismos de reparación que conducen a diversas modificaciones genómicas como mutaciones puntuales, inserciones o eliminaciones.
• Edición de bases: es una técnica novedosa que permite cambios precisos de nucleótidos en el ADN sin necesidad de una plantilla de reparación del ADN ni de inducir roturas de doble hebra o la inserción de fragmentos externos.
• Mutagénesis dirigida por oligonucleótidos (ODM): es una técnica que utiliza oligonucleótidos de ADN con una cadena para inducir mutaciones dirigidas en el genoma de la planta. Desencadena mecanismos de reparación de genes de la célula para inducir mutaciones. La ODM puede introducir nuevas mutaciones o revertir las existentes sin insertar ADN exógeno en el genoma, utilizando métodos de administración comunes como bombardeo de partículas y electroporación.
• Metilación del ADN dependiente de ARN (RdDM): es una técnica epigenética que modifica la expresión génica al silenciar genes transcripcionales mediante la metilación de la secuencia promotora.
• Injerto: une el vástago de una planta con el portainjertos de otra que ha sufrido una modificación genética. Las moléculas producidas por el portainjerto modificado pueden moverse al vástago, potencialmente alterando la expresión genética.
• Reproducción inversa: es un método que produce líneas parentales homocigotas que replican la composición genética de una planta heterocigota. Involucra la supresión de la recombinación meiótica mediante transgénesis, la producción de microsporas haploides, la duplicación del genoma y la selección de plantas no transgénicas para hibridación.
• Agroinfiltración: es una técnica que implica la introducción de genes deseados en tejidos vegetales mediante la infiltración de una suspensión líquida de Agrobacterium sp. Se distinguen tres tipos según el tejido y las construcciones genéticas: agroinfiltración sensu estricto, agroinoculación o agroinfección, e inmersión floral. Generalmente, no resulta en la incorporación de genes en el genoma de la planta, sino que estos permanecen temporalmente activos como moléculas de ADN libre, lo que permite una expresión genética transitoria.

En teoría, todas las NGT son combinables entre sí y suelen ofrecer mejores resultados cuando se combinan. Sin embargo, algunas combinaciones son más probables que otras según el estado actual de avance de cada metodología. El desarrollo de nuevas combinaciones necesitará evaluaciones específicas caso por caso a medida que avance la investigación.

La teoría dice que todas las NGT son combinables entre sí y suelen ofrecer mejores resultados cuando se combinan

La técnica que subyace y permite estos cambios a nivel genómico, y que ha transformado el panorama de las técnicas biotecnológicas en los últimos años, es CRISPR-Cas9.

En este sentido, se ha creado la plataforma europea centrada en las plantas del futuro, Plant ETP. Dicha plataforma impulsa el flujo de innovación hacia el mercado en beneficio de la sociedad al conectar el conocimiento académico, la industria y la comunidad agrícola.

Entre las investigaciones más destacadas de cultivos NGT presentadas en la plataforma se encuentra un ejemplo notable: un tomate enriquecido con vitamina D. 

Gracias a la edición precisa del genoma utilizando la mutagénesis dirigida, este tomate no sólo ofrece beneficios nutricionales, sino que también acelera considerablemente el proceso de reproducción de las variedades comerciales, reduciendo el tiempo necesario a solo 2-3 años. Esto contrasta con los 4-5 años adicionales requeridos al emplear plantas donantes para introducir las mutaciones.

Por otro lado, hay que mencionar el trigo resistente al mildiú obtenido mediante NGT. Este avance genético implica la inactivación de tres genes MLO y la activación de un cuarto gen en el trigo. 

Estas variedades necesitan menos aplicaciones de fungicidas, lo que ayuda a disminuir el uso de pesticidas y preservar la biodiversidad. Además, contribuyen a mejorar los rendimientos agrícolas y tienen un impacto positivo en el medio ambiente, promoviendo así la transición verde del sector agrícola.

Casos de éxito

Planet Biotech

La startup española Planeta Biotech, incubada en la tercera convocatoria de Cajamar Innova, se dedica al desarrollo y comercialización de productos para la agricultura sostenible, concebidos para contrarrestar los efectos del acelerado cambio climático.

La fundadora del proyecto, Ana Caño Delgado, investigadora del Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG), cuenta con años de dedicación a la investigación de los efectos del estrés abiótico en las plantas causado por condiciones ambientales extremas como la sequía, variaciones de temperatura, heladas y viento, entre otros factores. 

La empresa se dedica a ofrecer soluciones para hacer que los cultivos sean más resistentes a estas condiciones ambientales extremas

La tecnología patentada utiliza una plataforma para identificar moléculas activas que proporcionen resistencia, adaptándola a diferentes cultivos. Este enfoque adaptable representa una nueva frontera en soluciones sostenibles y rentables para hacer frente a las sequías y las olas de calor en los campos.

GeneBEcon

GeneBEcon, un proyecto financiado por Horizonte Europa, se centra en perfeccionar sus estudios de caso, que incluyen desde una variedad de patata resistente a virus hasta microalgas capaces de producir compuestos de alto valor añadido. 

El objetivo principal del proyecto es explorar el potencial de la edición genética para impulsar una bioeconomía sostenible en Europa

En este sentido, el proyecto busca investigar la viabilidad de los productos derivados de las NGT para los consumidores, al mismo tiempo que analiza los posibles impactos de diversas opciones regulatorias en toda la Unión Europea.

La aplicación de técnicas de edición genética podría conducir a una reducción del uso de pesticidas en el cultivo de patatas, a un procesamiento sostenible del almidón de patata sin productos químicos y a una producción más eficiente de compuestos de interés industrial a partir de microalgas.

Jornada sobre las NGTs organizada por Cajamar, junto al Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP – UPV – CSIC) y BIOVEGEN

El pasado día 25 de abril Cajamar, junto con el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP – UPV – CSIC) y BIOVEGEN, un webinar para analizar los últimos avances tecnológicos y capacidades en materia de Nuevas Técnicas Genómicas (NGTs) a través de ejemplos prácticos y proyectos desarrollados con empresas del sector.

Puedes acceder a la grabación del webinar a través del siguiente enlace: 
https://www.plataformatierra.es/formacion/las-ng-ts-como-herramienta-clave-para-una-agricultura-sostenible-en-la-union-europea 

Si quieres saber más...

1. Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/innovacion/gen-ful-aumentar-rendimiento-leguminosas-poco-productivas 
2. Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/actualidad/parlamento-europeo-apoya-nuevas-tecnicas-genomicas-vegetales 
3. Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/actualidad/DAM-frutal-latencia-estacion-estudio 
4. EFSA. https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.2903/j.efsa.2021.6314