BIOTECNOLOGÍA

2. ¿Qué es biotecnología?

La biotecnología es la aplicación controlada y deliberada de agentes biológicos sencillos. –células vivas o muertas, o componentes celulares­ en operaciones técnicamente beneficiosas, bien sea de fabricación de productos o como operaciones de servicios. Este es el sentido en el que se utiliza el término aquí, denominando útiles colectivamente a un conjunto de disciplinas y técnicas de trabajo actualmente vigentes que comparten principios básicos comunes.

La palabra biotecnología se utiliza a veces en un sentido mucho más estrecho, para la utilización de la manipulación genética y de la biología molecular en direcciones que se esperan sean de utilidad; esto supone confundir los aspectos de moda con el conjunto útil y debe más a la filosofía de las agencias de publicidad que a la industria.Alternativamente la palabra biotecnología puede ser interpretada en un sentido muy amplio englobando todas las operaciones de la biología aplicada desde la agricultura hasta la ciencia culinaria. Indudablemente, con la biología moderna ésta avanzando nuestra tecnología para manejar organismos complejos, incluyendo nuestra propia especie y está mejorando nuestro entendimiento de muchos procesos tradicionales en los que los agentes biológicos se utilizaron de una forma menos controlada o deliberada, pero estas disciplinas más amplias son estudiadas muchos más útilmente por derecho propio (lo que significa que los biotecnólogos no encuentren campo para realizar contribuciones útiles en ellas).

Así por ejemplo, la biotecnología de las fermentaciones tal y como lo conocemos actualmente se originó, no de los antiguos descubrimientos caseros del vino y la col fermentada, ni siquiera del conocimiento obtenido mediante observación tal y como se obtuvo en el siglo XIX, sino de las primeras aplicaciones de agentes microbianos seleccionados a procesos, con fines específicos. Son ejemplos de ellos la búsqueda y obtención de biomasa adaptada a los procesos de activación de residuos o la selección y propagación a gran escala de cepas especificas de Clostridium para la producción de acetona y butanol; estos dos procesos se pusieron a punto en Manchester hace actualmente unos setenta años, pero se originaron en unas circunstancias enteramente diferentes que sólo actualmente podemos verlos como partes de una tecnología unificada.

Se puede también intentar definir a la biotecnología en función de lo que realiza, esperando evitar quedar rápidamente retrasados si consideramos lo que hacer. En industrias directamente de producción, la biotecnología está totalmente implicada en la

producción de biomasa microbiana para alimentación animal (y en el futuro en alimentos para humanos), de algunos productos químicos como ácido cítrico, ácido glutámico y otros aminoácidos y de algunos productos químicos especiales, fundamentalmente antibióticos y ciertas vitaminas. En competición con la tecnología petroquímica puede producir productos a gran escala, como etanol, acetona/butanol, ácido acético, etc., y en competición con la explotación de organismos enteros, puede ser usada para fabricar sustancias especiales de plantas y productos de células microbianas transformadas para que produzcan antígenos, anticuerpos o distintos agentes terapéuticos o de diagnostico.

La biotecnología puede proporcionar a la agricultura una variedad de elementos útiles, desde inoculantes para suelos hasta productos veterinarios, con extensión en el futuro a cultivos acuáticos y marinos. Están empezando a ampliarse los métodos genéticos tradicionales para el desarrollo de cepas nuevas o mejoradas de plantas o animales para uso convencional en agricultura. Proporciona a las industrias de alimentación agentes clave como cultivos iniciadores o enzimas, proporciona cada vez más, conocimientos y técnicas al procesamiento de los alimentos. En las industrias de servicios la biotecnología tiene un papel fundamental en el tratamiento de los residuos tanto acuosos como sólidos, en la valoración de las basuras y en la purificación del agua.

Por consiguiente la definición práctica de biotecnología es muy amplia, claramente cambia con el tiempo y ciertamente se ampliará en nuevas direcciones que aún podemos prever.

3. Biotecnología tradicional y moderna

La biotecnología puede ser dividida para fines prácticos y de comprensión en dos categorías a las que se pueden denominar como:

a. Biotecnología tradicional.

b. Cuyos principales productos son los alimentos –pan, yogurt, leches fermentadas, quesos, etc; ingredientes saborizantes como el sillao, sazonadores, alcohol industrial, antibióticos y ácido cítrico.

c. Biotecnología moderna o "nueva".

La cual supone el uso de técnicas más novedosas de ingeniería genética y la fusión celular para obtener organismos capaces de formar productos útiles en el campo de la industria, salud y medio ambiente; por ejemplo tenemos el desarrollo de la tecnología

de hibridomas para la producción de anticuerpos monoclonales, de interés en el diagnostico médico y la producción de proteínas humanas como la insulina a partir del manipuleo genético de una bacteria llamada Escherichia coli, hormona de crecimiento, interferones siguiendo este avance hasta la tecnología del manipuleo del ADN llamado la técnica de la clonación, experimentada en el famosos caso de la oveja Dolly, o en el campo vegetal con la técnica de fitomejoramiento para la obtención de nuevas o mejores especies vegetales.

4. Operaciones biotecnológicas

Operacionalmente podemos distinguir cinco aspectos fundamentales en cualquier proceso biotecnológico, que en la mayor parte de los casos corresponderá a etapas de su desarrollo. El cuadro completo se resume en la tabla 1.1 que también nos permite indicar las principales disciplinas de la ciencia y la ingeniería que contribuyen a cada aspecto.

Microbiología y biología de la célula

Aspecto del proceso

Sistemática

Genética

Fisiología

Química

Elección del cultivo

Cultivo en masa

Respuesta celular

Operación del proceso

Recuperación del producto

En énfasis en las disciplinas que contribuyen no está fuera de lugar ya que éstas son fundamentales en el entendimiento de la biotecnología, y mientras los biotecnólogos no pretenderán dominarlas todas, uno debe al menos familiarizarse con sus principios básicos, el lenguaje que utilizan, los conceptos que han desarrollado y los fines a los que han sido cubiertos aquí, pero siempre sobre la base de una disciplina de una profundización más intensa en al menos una de las disciplinas básicas.

Los cinco aspectos se indican a continuación:

a) Elección del cultivo: selección, mejora, o en su caso creación del organismo o la población celular inicial más adecuada.

Esto puede implicar el descubrimiento y la selección de las cepas casi más adecuadas de entre la enorme variedad de especies naturales de microorganismos, y luego

"mejorar" sus características hereditarias. Tal selección generalmente requiere un conocimiento biológico general, para conocer donde mirar y qué clase de organismo buscar para que, combinado con técnicas químicas y bioquímicas se encuentre como detectar mejor lo que está buscando. Otras situaciones pueden implicar la selección de la población mixta más adecuada, o la selección de una línea parental de animales o plantas que pueda ser adicionalmente seleccionada entre su progenie. Un conjunto de posibilidades alternativo, dramáticamente diferente, se ha iniciado con técnicas que permiten la construcción deliberada del tipo de célula más adecuada mediante manipulación genética de padres que puedan proporcionar las características híbridas deseadas.

Este aspecto de la biotecnología requiere en consecuencia mayor aporte de la microbiología sistemática y de la ecología microbiana la fisiología microbiana y celular, y ambas, la genética clásica y la molecular.

b) Cultivo en masa.

Para las aplicaciones biotecnológicas es esencial poder conservar los organismos durante tanto tiempo como se necesitan y a continuación multiplicarlos a voluntad a una escala adecuada, que puede ser grande. Estos requerimientos se comprenden más claramente cuando el producto deseado es la biomasa misma "per se", pero la necesidad de algún grado de cultivo en masa es fundamental en todos los procesos biotecnológicos.

De nuevo la fisiología microbiana o celular es esencial, pero ahora debe acoplarse a procesos de ingeniería de tipos particulares con el fin de proporcionar mediante macrooperaciones las micro­condiciones que son óptimas para obtener la biomasa requerida.

c) Respuestas celulares: La elección de las actividades deseadas.

En el caso más general los productos o los agentes activos por lo que están cultivando las células, solamente se producirán (o se detectarán o se liberaran) más abundante bajo condiciones bastante especificas. En general estas condiciones no serán las mismas que las necesarias para obtener la multiplicación más abundante de la biomasa. De hecho, la habilidad para explotar la expresión flexible de las características de las células en respuesta a condiciones externas es un recurso fundamental para la biotecnología, así como la necesidad de entender dichas respuestas y sus limitaciones, es una mayor restricción.

El conocimiento básico necesario procede de experimentos en pequeña escala y es de nuevo un aspecto de la fisiología microbiana o celular, pero los aspectos de la

ingeniería del proceso son también muy relevantes para asegurar las microcondiciones óptimas a gran escala.

d) Operación del proceso.

Resulta ya claro que un proceso biotecnológico no se reduce en general a una sola etapa operativa. La ejecución satisfactoria de todas que se requieran, completamente optimizado en cuanto a seguridad, reproductibilidad, control y eficiencia es en su mayor parte un asunto de diseño de la ingeniería del proceso, aplicado con un completo entendimiento de los factores biológicos, químicos y socioeconómicos.En muchos aspectos este es uno de los aspectos menos estudiados y más difícil de la biotecnología aunque sólo sea debido a los problemas que deben ser resueltos de nuevo para cada nuevo proceso y incluso para cada proceso de mejora; por otra parte todos los estudios de biotecnología dependen de esta etapa para su realización práctica, y solamente tienen éxito en la medida en que haya sido ejecutados.

c) Recuperación de los productos.

Cualquier proceso de producción solamente se lleva a cabo con utilidad en función de la extensión en que los productos sean recuperados en un a forma provechosa; lamentablemente este hecho, bastante obvio es muy fácilmente pasado por alto en las investigaciones realizadas en los laboratorios. El problema es, particularmente agudo en el caso de la biotecnología, debido a la naturaleza "inconveniente" de muchos productos biotecnológicos y a la forma en que se encuentran inicialmente, en especial pero no exclusivamente, su frecuente dilución con grandes volúmenes de agua del proceso. La eficiencia de recuperación del producto no sólo se refleja en los costes (más directamente que cualquier otro factor) sino que en la sociedad moderna se desean además formas efectivas y ambientales aceptables de recuperación de los productos marginales (incluyendo el procesamiento del agua y el calor del agua).Las disciplinas que contribuyeron en este aspecto son principalmente áreas de la química y de la ingeniería química, pero no necesariamente los aspectos más populares o bien conocidos de ninguna de ellas.

5. Algunos datos históricos

6.000 a. C.: Se emplea la levadura para la fabricación de vino y cerveza.4.000 a. C.: Se emplea la levadura en la elaboración del pan.1.000 a. C.: Los babilonios celebraban con ritos religiosos la polinización de las palmeras.323 a. C.: Aristóteles especula sobre la naturaleza de la reproducción y la herencia.1676: Se confirma la reproducción sexual de las plantas.1838: Se descubre que todos los organismos vivos están compuestos por células.1859: Darwin hace pública su teoría sobre la evolución de las especies.

1866. Mendel descubre en los guisantes las unidades fundamentales de la herencia.1871: Se aísla el ADN en el núcleo de una célula.1876: Se identifica los microorganismos intervinientes en la elaboración del pan.1883: Francis Galton acuña el término eugenesia.1887: Se descubre que las células reproductivas constituyen un linaje continuo, diferente de las otras células del cuerpo.1897: E. Buchner descubre enzimas de las levaduras capaces de convertir el azúcar en etanol.1909: Las unidades fundamentales de la herencia biológica reciben el nombre de genes.1910: Un biólogo americano, Thomas Morgan presenta sus experimentos con la mosca de la fruta, que revelan que algunos fragmentos genéticos son determinados por el sexo.Se establece el sistema de purificación de aguas residuales empleando microorganismos.1914: Se obtienen acetona, butanol y glicerina empleando microorganismos.1925: Se descubre que la actividad del gen está relacionada con su posición en el cromosoma.1927: Se descubre que los rayos X causan mutaciones genéticas.1928: A. Fleming descubre la penicilina.1933: La Alemania nazi esteriliza a 56.244 "defectuosos hereditarios".1933 a 1945: El holocausto nazi extermina a seis millones de judíos por medio de su política eugenésica.1943: El ADN es identificado como la molécula genética.1944: se produce la penicilina industrialmente.1940 a 1950: Se descubre que cada gen codifica una única proteína.1953: El bioquímico americano James Watson y el biofísico Francis Crick anuncian la estructura en doble hélice del ADN o código genético.1956: Se identifican 23 pares de cromosomas en las células del cuerpo humano.1950 a 1960: se introducen nuevos antibióticos producidos por organismos.1961: Desciframiento de las primeras letras del código genético.1962: Canadá extrae uranio con ayuda de microorganismos.1966: Se descifra el código genético completo del ADN.1972: Se crea la primera molécula de ADN recombinante en el laboratorio: genes de una especie son introducidos de otras especies y funcionan correctamente.1973: Brasil inicia un programa para sustituir el petróleo por alcohol producido por levaduras.1975: La Conferencia de Asilomar evalúa los riesgos biológicos de las tecnologías de ADN recombinante, y agrupa una moratoria de los experimentos con estas tecnologías. Se fundó Genentech Incorporated, primera empresa de ingeniería genética.

1977: Se fabricó con éxito una hormona humana en una bacteria.1978: Se clonó el gen de la insulina humana.1980: El Tribunal Supremo de los Estados Unidos de América dictamina que se pueden patentar los microbios obtenidos mediante ingeniería genética.1981: Primer diagnóstico prenatal de una enfermedad humana por medio del análisis del ADN.1982: Se crea el primer ratón transgénico, llamado "superratón", insertando el gen de la hormona del crecimiento de la rata en óvulos de ratona fecundados. Se produce insulina utilizando técnicas de ADN recombinante.1983: Se inventa la técnica PCR (reacción en cadena de la polimerasa), que permite copiar genes específicos con gran rapidez. Es una técnica muy poderosa para producir millones de copias de una región específica de ADN, que permite analizarla tan rápido como se puede purificar una sustancia química. PCR ha sido el instrumento esencial en el desarrollo de técnicas de diagnóstico, medicina forense y la detección de genes asociados con errores innatos del metabolismo.1984: Creación de las primeras plantas transgénicas.1985: Se inicia el empleo de interferones en el tratamiento de enfermedades víricas. Se utiliza por primera vez la "huella genética" en una investigación judicial en Gran Bretaña.1986: Se autorizan las pruebas clínicas de la vacuna contra la hepatitis B obtenida mediante ingeniería genética.1987: Propuesta comercial para establecer la secuencia completa del genoma humano, Proyecto Genoma Humano. Comercialización del primer anticuerpo monoclonal de uso terapéutico.1988: La Universidad de Harvard patenta por primera vez un organismo producido mediante ingeniería genética, un ratón. Se crea la organización HUGO para llevar a cabo el Proyecto Genoma Humano: identificar todos los genes del cuerpo humano.1989: Comercialización de las primeras máquinas automáticas de secuenciación del ADN.1990: Primer tratamiento con éxito mediante terapia génica en niños con trastornos inmunológicos (niños burbuja). Se ponen en marcha numerosos protocolos experimentales de terapia génica para intentar curar enfermedades cancerosas y metabólicas.1994: Se comercializa en California el primer vegetal modificado genéticamente, un tomate, y se autoriza en Holanda la reproducción del primer toro transgénico.1995: Se completan las primeras secuencias de genomas de bacterias.1996: Por primera vez se completa la secuencia del genoma de un organismo eucariótico, la levadura de cerveza.1997: Investigadores, liderados por Ian Wilmut clonan al primer mamífero, la oveja Dolly.

1998: Análisis de DNA de restos de semen cogido de ropas de Mónica Lewinsky incriminan al presidente Bill Clinton.2001: Se publica el mapa provisional del genoma humano.2002: Se detecta una enzima que tiene relación directa con las auxinas para el crecimiento de la planta.

El desarrollo de la biotecnología sufrió un gran cambio con la aplicación de las modernas técnicas desarrolladas por biología molecular, como mutagénesis artificial ­acelerando genomas por irradiación o por medios químicos­; la clonación molecular de organismos, plantas y animales; la fusión celular –con las que se fabrican células capaces de producir anticuerpos que se reconocen las moléculas concretas­; los cultivos celulares in vitro (en tubos de ensayo); la bioingeniería y los nuevos métodos de procesamiento biológicos: fermentaciones industriales, técnicas de ADN recombinante o ingeniería genética, que permiten "recortar y pegar" genes de los mismos organismos vivos en otros.

6. Clasificación, aplicaciones y técnicas usadas en biotecnología

De acuerdo al campo de aplicación la biotecnología puede ser distribuida o clasificada en cinco amplias áreas que interactúan a saber: Biotecnología en salud humana, Biotecnología animal, Biotecnología Industrial, Biotecnología Vegetal, Biotecnología ambiental, Biotecnología alimentaría

Las técnicas biotecnológicas utilizadas son comunes en los diferentes campos de aplicación de la biotecnología, estas se pueden agrupar en dos grandes grupos de técnicas: Cultivo de tejidos y Tecnología del DNA. La primera trabaja a un nivel superior a la célula (con sus componentes ­ membranas, cloroplastos, mitocondria, etc) e incluye células, tejidos y órganos que se desarrollan en condiciones controladas. La segunda, involucra la manipulación de genes que determinan las características celulares ( de plantas, animales y microorganismos), lo que significa el trabajar al nivel de DNA: Aislamiento de genes, su recombinación y expresión en nuevas formas y su transferencia a células apropiadas.

El principal impacto de las modernas biotecnologías ha sido en el área farmacéutica. El número de productos y servicios disponibles permanentemente se está incrementando para las áreas farmacéutica, agrícola, alimentaria, producción de energía y tratamientos de desechos, limpieza de aguas y biorremediación entre otros. Las tecnologías de DNA recombinante han tenido asombrosas repercusiones en los últimos años. Los biólogos moleculares han mapeado genomas enteros, se han desarrollado y comercializado nuevas medicinas y producido plantas con nuevos tipos de resistencia a enfermedades que no podían ser desarrolladas por los métodos tradicionales.

Muchos ejemplos como la papa libre de amilosa y la bacteria que produce índigo, tambien incluyen el uso de organismos modificados genéticamente por tecnologías de DNA recombinante. También Muchas enzimas son rutinariamente producidas por la tecnología del DNA recombinante. Dada la abrumadora diversidad de especies, biomoléculas y vías metabólicas en este planeta, la ingeniería genética puede en principio ser una herramienta muy poderosa para crear alternativas amistosas ambientales en productos y procesos que actualmente contaminan el ambiente o acaban con los recursos no renovables. Factores políticos, económicos y sociales en últimas, determinarán que posibilidades científicas se harán realidad La transformación genética y otras técnicas de mejoramiento de cultivos han sido utilizados para lograr cuatro objetivos principales: cambiar las características de productos, mejorar la resistencia a patógenos y plagas en vegetales, incrementar la producción e incrementar el valor nutricional de alimentos. Los cultivos transgénicos tienen el potencial para contribuir a incrementar la calidad en los alimentos y la producción, la calidad en el ambiente (reduciendo los requerimientos de químicos) y la salud humana.

7. Biotecnología humana

Puesto que cada criatura es única, cada una posee una composición única de ADN. Cualquier individuo puede ser identificado por pequeñas diferencias en su secuencia de ADN, este pequeño fragmento puede ser utilizado para determinar relaciones familiares en litigios de paternidad, para confrontar donantes de órganos con receptores en programas de trasplante, unir sospechosos con la evidencia de ADN en la escena del crimen (biotecnología forense).

El desarrollo de técnicas para el diagnóstico de enfermedades infecciosas o de desordenes genéticos es una de las aplicaciones de mayor impacto de la tecnología de ADN. Al utilizar las técnicas de secuenciación de ADN los científicos pueden diagnosticar infecciones víricas, bacterianas o mapear la localización específica de los genes a lo largo de la molécula de ADN en las células.

El primer tratamiento exitoso en terapia génica fue en 1990, cuando se trató una enfermedad del sistema inmune de niños llamada "Deficiencia de ADA". Células sanguíneas con los genes correctos de ADA fueron inyectadas al cuerpo del paciente donde produjeron suficientes células normales que permitieron mejorar el sistema inmune.

Hoy, la terapia génica esta tratando enfermedades tales como tumores cerebrales malignos, fibrosis quística y HIV. Con esta técnica se pretende también reparar órganos, como por ejemplo un hígado cirrótico a partir de las pocas células sanas que

le quedan, un par de ventrículos nuevos para reemplazar los efectos devastadores de un infarto, la regeneración de una mano amputada o disponer de una fuente inagotable de neuronas para corregir los efectos de enfermedades tan graves como el Alzheimer o el Parkinson.

En estos momentos existen tres líneas de investigación:

La clonación de células madre.: James Thonson, de la Universidad de Wisconsin (EEUU) descubrió en 1998 cómo obtener células madre a partir de un embrión humano. En el embrión esas células son las destinadas a formar todos los órganos del cuerpo, y estimuladas adecuadamente pueden reparar órganos dañados.El inconveniente de este método, es que el embrión de partida debe ser un clon del paciente. La clonación humana suscita un gran rechazo y mas aún en este caso cuando un embrión de pocos días, que nunca va a ser implantado en un útero, es utilizado únicamente para este fin y después se destruye. Esto plantea grandes problemas éticos y religiosos.

La reprogramación de células adultas sin necesidad de clonar. La empresa británica PPL Therapeutics está a la cabeza de esta técnica, que les salva de todos los escollos morales y legales que existen al respecto.

El esclarecimiento y manipulación del mecanismo genético que dispara la formación de órganos y extremidades en el embrión. En esta técnica nos encontramos con un español, Juan Carlos Izpisúa, que dirige un laboratorio en el Instituto Salk de La Jolla (California). El mecanismo consiste en determinar la relación existente entre dos familias de proteínas (llamadas Wnt y FGF) cuya unión en forma de parejas dispara la formación de un determinado miembro. Una pareja concreta formada por un miembro de Wnt y un miembro de FGF dispara la formación de un brazo, otra pareja distinta dispara la de una pierna, otra la del hígado, etc.

El ser humano sólo tiene activas estas parejas cuando es un embrión, pero anfibios como el axolote mexicano las tiene activas toda la vida, por ello pueden regenerar sus miembros amputados. La investigación de Izpisúa está encaminada a encontrar la forma de reactivar estas parejas en los humanos adultos.

Genoma humano

Desde el siglo pasado, investigadores de todo el mundo no han cejado en su empeño de descifrar el lenguaje de la vida, cómo unas mismas características pasan de una

generación a la siguiente. Para entender este lenguaje es esencial comprender la estructura de un organismo vivo y cuál es su estructura.

Todos los seres vivos estamos compuestos por células. En el núcleo o centro de cada célula, hay muchas parejas de cromosomas, que desplegados muestran el ADN, que está formado por largas cadenas de cuatro bases, Adenina, Citosina, Timina y Guanina, llamadas bases nucleótidas, que compartimos todos los seres vivos.Estas bases se unen entre sí formando cadenas, de las cuales, algunos trozos se denominan genes o segmentos con la suficiente información para que las células produzcan proteínas.

El ADN contiene toda la información necesaria para que las células produzcan cada proteína de un ser vivo y por lo tanto, es el responsable de las características del ser. El ADN transmite esta información hereditaria de una generación a la siguiente.

El gran descubrimiento

El pasado día 12 de Febrero de 2003, se hizo público uno de los mayores descubrimientos de la historia de la ciencia y de la medicina: la presentación del mapa genético por los dos equipos de investigación que trabajaban en el Proyecto Genoma Humano (en adelante PGH) desde hacia una década. Estos dos equipos son Consorcio Internacional Genoma Humano, integrado por 20 grupos de diferentes países y la empresa privada Celera Genomics.

Por PGH se denomina a una multitud de subproyectos desarrollados en diversos centros de investigación de diferentes países, encaminados a obtener la secuencia completa de toda la información genética humana contenida en los cromosomas.Los tres objetivos del PGH eran (puesto que ya se ha conseguido):

La creación de mapas genéticos (con el fin de identificar cuáles son los genes existentes).

El desarrollo de mapas físicos (con el fin de situar a los genes en los cromosomas).

La determinación de la secuencia completa del genoma humano.

Este proyecto se inició, oficialmente en 1990, y por entonces se creía que el genoma podría tener alrededor de 100.000 genes. El borrador ha demostrado que disponemos de 30.000 a 40.000 genes, menos de la mitad de lo que se creía.

Aunque el mapa genético es, oficialmente, una obra conjunta de la empresa Celera y el Consorcio Público, cada uno de ellos cuenta con una versión propia. La principal beneficiada por el reciente logro científico es Celera. Su fundador, Craig Venter participó durante tres años en el Instituto Nacional de Salud, subvencionado por el Gobierno Estadounidense, tras los cuales, decidió en 1988, abandonarlo, dejando en la estacada al director, Francis Collins, y fundar su propia empresa. Craig lanzó la noticia de que en el 2001 tendría la descodificación del genoma humano, su ex jefe, Collins se quedó de piedra, puesto que sus resultados no se esperaban hasta el 2005.Analistas del sector, aseguran que el trabajo de investigación desarrollado por Celera, es mucho más rico y complejo que el realizado por los científicos del sector público. Aprovechando esta circunstancia, no ha tardado en poner a disposición del público en Internet la secuenciación, pero de forma ininteligible, por lo que sólo podrán acceder a su base de datos a aquellas compañías biotecnológicas que estén interesadas en ella, previo pago, claro está, de 900 millones de pesetas.

El negocio de los genes.

Empresas farmacéuticas de la categoría y la importancia como Pzifer o American Home Products, podrían estar pagando hasta 2.700 millones de pesetas por los archivos genéticos de Celera, que ha de recuperar todo lo invertido en este descubrimiento, y no piensa dejar pasar la oportunidad de llenarse los bolsillos.Todas aquellas empresas que dirigían sus investigaciones al descubrimiento del mapa del genoma humano han de cambiar su actividad, puesto que Celera se les ha adelantado. Ya ha pasado la hora de las empresas meramente genómicas. Estas empresas pueden desarrollar herramientas de lectura del genoma, especializarse en el análisis de proteínas (empresas denominadas proteómicas) o dar el salto a la producción de fármacos. Esto es lo que debe hacer también Celera, ya que de lo contrario perderá el interés y la confianza de sus accionistas. Hay muy pocas sociedades biotecnológicas y uno de los principales motivos de su escasez es la falta de inversión, tanto pública como privada.

Otra de las industrias que se va a ver muy beneficiada son las empresas bioinformáticas. La rapidez en la consecución de nuevos medicamentos va a depender de la velocidad de interpretación de las secuencias genéticas y las relaciones de las proteínas. Son necesarios mejores programas informáticos y ordenadores más potentes para poder tratar las enormes bases de datos generadas por esta industria. Empresas como Rosetta, Informax o Lion Bioscience compiten por la elaboración de software de lectura y interpretación de las secuencias genéticas.

Patentar la vida.Una de las consecuencias del descubrimiento de la secuencia del genoma humano es

la problemática surgida en torno a la viabilidad y la conveniencia de patentar los genes humanos.En la actualidad el marco jurídico al que hacen referencia todos los requisitos de patentabilidad industrial de ámbito internacional es el definido en el denominado Convenio de Munchen y en el caso Español en la Ley 11/1986, de 20 de Marzo, de Patentes.Toda invención ha de cumplir con unos requisitos que justifiquen su registro como tal a través de una solicitud de patente. Entre ellos está el de novedad y el de aplicación industrial.Es necesario distinguir entre invento, que es susceptible de ser patentado y descubrimiento, que no lo es. Gran parte de la discusión gira en torno a la aplicación de estos criterios al material genético.

La identificación de secuencias de ADN debe comprenderse dentro de la categoría de los descubrimientos y éstos, como es sabido, no son patentables.Los derechos de patentes norteamericano y europeo difieren en aspectos esenciales, lo cual impide establecer criterios claros y homogéneos a la hora de aceptar o rechazar solicitudes de patente:

En EEUU se considera aceptable la patentabilidad de los productos de la naturaleza así como los procedimientos de obtención de éstos, siempre y cuando el producto en cuestión no se haya logrado con anterioridad.

En Europa, la Oficina Europea de Patentes ha establecido criterios más restrictivos que los aplicados habitualmente en EEUU ante la aceptación de solicitudes de patentes de material genético, aunque en los últimos años ha ido ganando fuerza corriente menos restrictiva y más proclive a aceptar este tipo de solicitudes. De esta forma se desdibuja la frontera entre invento y descubrimiento.

En España, la Ley de Patentes establece que sólo son patentables las invenciones (artículo 4), por lo que identificación de secuencias de ADN no son susceptibles de patente. Entonces, ¿son patentables los procedimientos llevados a cabo para su descubrimiento?Si este procedimiento puede calificarse como de "invención" sería posible, siempre y cuando cumpla con los requisitos del artículo 5, es decir siempre que su publicación o explotación no sea contraria al orden público o a las buenas costumbres, que no suponga una raza animal, etc. Además, la constitución española establece en su artículo 10.1 que: La dignidad de la persona, los derechos inviolables que le son inherentes, el libre desarrollo de la personalidad, el respeto a la ley y a los derechos de los demás, son fundamento del orden político y de la paz social.

En este tema aparecen dos posturas enfrentadas:

Gran parte de la comunidad científica y bioética, y de las organizaciones no gubernamentales (ONG) especializadas son contrarias a la patentabilidad.

La otra parte de la comunidad científica, junto a la de la industria privada a través de gigantescas inversiones, está dispuesta a aceptar tal práctica.

Entre los argumentos esgrimidos por las ONG podemos señalar:

La concesión de patentes sobre seres vivos supone la apropiación de una parte de ella para su explotación, reduciendo la relación de la sociedad con la naturaleza a meros intereses económicos.

Los derechos de una persona a decidir sobre su propio cuerpo y su vida se verían gravemente dañados si los seres humanos, partes de su cuerpo, sus rasgos físicos y psicológicos, y la información genética pueden convertirse en propiedad exclusiva del titular de una patente.

Los animales estarán expuestos a nuevas formas de sufrimiento y se convertirán en auténticas "fábricas" animales para la producción farmacéutica.

La libertad para publicar y el libre intercambio de descubrimientos está desapareciendo ante la necesidad de mantener en secreto la información con vistas a la solicitud de una patente.

Los países del tercer mundo se encontrarán con muchas dificultades para acceder a la información científica y a la transferencia de tecnología.

Entre los argumentos de los que están a favor cabe destacar:

La prohibición en el patentamiento de invenciones génicas (incluidas las secuencias génicas) comportaría inevitablemente que las empresas, o cualquier parte, interesadas en emplear el conocimiento para crear productos se enfrentaría al secreto comercial, lo cual haría mas lento el avance científico en detrimento de la comunidad investigadora en su conjunto.

Los antibióticos han sido patentados durante años sin las exigencias aplicadas a las secuencias de ADN, y sin embargo son también producidas por organismos vivos. Por ello si una empresa encuentra un organismo y a partir de él elabora un método para fabricar un producto y usarlo, es clasificado como una invención, y por lo tanto susceptible de patente.

8. Biotecnología animal

La biotecnología animal ha experimentado un gran desarrollo en las últimas décadas. Las aplicaciones iniciales se dirigieron principalmente a sistemas diagnósticos, nuevas vacunas y drogas, fertilización de embriones in vitro, uso de hormonas de crecimiento, etc. Los animales transgénicos como el "ratón oncogénico" han sido muy útiles en trabajos de laboratorio para estudios de enfermedades humanas

Existen tres áreas diferentes en las cuales la biotecnología puede influir sobre la producción animal:­El uso de tecnologías reproductivas­Nuevas vacunas y­Nuevas bacterias y cultivos celulares que producen hormonas.

En animales tenemos ejemplos de modelos desarrollados para evaluar enfermedades genéticas humanas, el uso de animales para la producción de drogas y como fuente donante de células y órganos, por ejemplo el uso de animales para la producción de proteínas sanguíneas humanas o anticuerpos.

Para las enfermedades animales, la biotecnología provee de numerosas oportunidades para combatirlas, y están siendo desarrolladas vacunas contra muchas enfermedades bovinas y porcinas, que en los últimos tiempos han hecho mella en estos animales.

9. Biotecnología Industrial

Las tecnologías de ADN ofrecen muchas posibilidades en el uso industrial de los microorganismos con aplicaciones que van desde producción de vacunas recombinantes y medicinas, tales como insulina, hormonas de crecimiento e interferón, como enzimas y producción de proteínas especiales.

Desde hace varias décadas las grandes multinacionales de la biotecnología tienen puestos sus ojos en el control de algo vital para todos los pueblos del planeta, las plantas.Ya que, tanto las plantas silvestres como los cultivos encierran unas posibilidades de hacer negocio verdaderamente insospechadas. Y esta posibilidad la han visto claramente dos empresas como:

Pharmagenesis es una empresa Americana que une, en la investigación de las plantas, la biología y la informática. Esta empresa basa sus estudios en el análisis de una planta china, llamada "Liana del Dios del Trueno", ha sido analizada química y genéticamente y se ha descubierto que es eficaz contra la artritis y además es anticancerígena, ya que la molécula extraída de la planta provoca el suicidio de las células cancerígenas de distintos tumores.

Los chinos llevan muchos años (muchísimos) utilizando de forma natural estas plantas, pero Pharmagenesis tiene la patente para explotar el principio activo de la "Liana del Dios del Trueno" y los chinos no obtienen ningún beneficio de ello, en cambio, esta empresa ganará mucho dinero por los derechos de autor en la venta de cada caja de medicamento que se venda.

Pharmagenesis piensa que de alguna forma compensa a los ciudadanos chinos, puesto que les compra las plantas y porque todos sus empleados, en China, son nacionales de país.

Otra de estas industrias es Monsanto. Esta empresa americana es una de las gigantes de la química y los plásticos, y desde hace poco, de los genes.Ha creado cerca de dos hectáreas de invernaderos en los que ha recreado los distintos climas existentes en el mundo, incluso las estaciones, y ha plantado en ellas una gran variedad de plantas, arroz, soja, maíz, tabaco, etc., a las que somete a estudios y pruebas.

En sus estudios, cultiva plantas transgénicas, y las sitúa junto a otras plantas que no han sido modificadas genéticamente, y el resultado es asombroso. La planta de papa transgénica ha soportado una plaga de escarabajos, debido a que en sus hojas existe una sustancia letal para ellos, en cambio la planta no modificada ha quedado destrozada por el ataque.

Monsanto se fundó en 1901, en ese momento era una de las cinco mayores empresas químicas americanas. Fabricó muchos productos que después se demostró que eran tóxicos. En la guerra de Vietnam la aviación norteamericana derramó un potente herbicida, "el agente naranja" y uno de los principales proveedores fue Monsanto.Hoy hace lo que puede por cambiar de imagen, pero parece que no lo está logrando del todo, ya que se sabe que cada año destina un 20% más al desarrollo y elaboración de herbicidas.

Todos los beneficios que obtiene los está destinando al descubrimiento de nuevos genes y puesta a punto de nuevas plantas. En 1998 obtuvo unos beneficios de 1 180 0 00 millones de dólares.

Monsanto ha declarado que para el 2002 producirá algodón coloreado genéticamente, será de color amarillo, rojo, blanco y azul. No será necesario tintarlo después.Es uno de los principales productores de soja transgénica. Los agricultores que adquieren semillas transgénicas contratan con ella deben firmar un contrato por el que se comprometen a pedir otro stock de semillas al año siguiente, no tiene derecho a revender las semillas a otros, ya que tienen que devolverlas a la empresa, tampoco pueden volver a utilizarlas, los agricultores están atrapados por la empresa ya que crean en ellos una dependencia total. Mediante una tarjeta de socio o cliente controlan a los agricultores, saben cuántos kilos de semillas se han llevado, dónde la cultivan, en qué fecha la cultivan, etc.

Nueve de cada diez agricultores siguen a Monsanto y nueve de cada diez venden su soja a una empresa que, curiosamente, pertenece a Monsanto desde hace unos pocos años. Es una prisión para los agricultores ya que entran en un círculo vicioso del que es difícil salir.

Estos agricultores de soja transgénica utilizan un herbicida, propiedad de Monsanto, lo esparcen sobre el terreno y lo dejan limpio para sembrar, esparcen las semillas y tres meses después vuelven a echar el herbicida, que mata todo menos la planta de soja.Monsanto les prometía cosechas abundantes y grandes beneficios, los agricultores se quejan de la escasez de las mismas y de lo caras que son las semillas, pero la gran empresa alega que ha de proteger sus obras científicas y quien quiera utilizarlas ha de pagar su precio: "La población mundial crece, por lo que hay que producir más alimentos pero el terreno de cultivo sigue siendo el mismo, por ello es necesario cultivar más y mejor."

(Monsanto) Ha patentado una semilla que esteriliza las semillas que produce, por lo que éstas no servirán para poder plantar al año siguiente. Esta semilla es denominada por los ecologistas como "terminator". También ha modificado una mala hierba que ahora produce plástico flexible.

¿Adónde va a llegar esto?. En la India ya produce efectos negativos. Los agricultores de este país quemaron una plantación de algodón transgénico porque no producía la cantidad que le habían asegurado, sino todo lo contrario y además muchos de ellosno pueden pagar el precio de la semillas, se sienten engañados.

Es muy probable que se produzcan graves problemas y ya se están produciendo los efectos negativos. En Australia las malas hierbas mutantes invaden los cultivos, en EEUU el maíz transgénico amenaza con extinguir una mariposa protegida y en Inglaterra los científicos han demostrado que el consumo de alimentos modificados genéticamente puede producir alergias.

¿Qué pasará dentro de dos o tres años cuando el mundo esté lleno de plantas que fabriquen plásticos, vacunas y sustancias químicas, qué va a ser de los pájaros, los mamíferos que entran en contacto con estas plantas? Los Gobiernos han de pensar en ello antes de que sea tarde.

10. Biotecnología vegetal

Con las técnicas de la biotecnología moderna, es posible producir más rápidamente que antes, nuevas variedades de plantas con características mejoradas, produciendo en mayores cantidades, con tolerancia a condiciones adversas, resistencia a herbicidas específicos, control de plagas, cultivo durante todo el año. Problemas de enfermedades y control de malezas ahora pueden ser tratados genéticamente en vez de con químicos.

La ingeniería genética (proceso de transferir ADN de un organismo a otro) aporta grandes beneficios a la agricultura a través de la manipulación genética de

microorganismos, plantas y animales. Una planta modificada por ingeniería genética, que contiene ADN de una fuente externa, es un organismo transgénico. Un ejemplo de planta transgénica es el tomate que permite mantenerse durante mas tiempo en los almacenes evitando que se reblandezcan antes de ser transportados

En el mes de Enero del pasado año 2000, se llegó a un acuerdo sobre el Protocolo de la Bioseguridad. Europa y Estados Unidos acordaron establecer medidas de control al comercio de productos transgénicos. Mas de 130 países dieron el visto bueno al acuerdo de Montreal, sin embargo, en este acuerdo existen partes con posiciones, que si no son incompatibles, sí son contradictorias en lo relativo al etiquetado y comercialización de estos productos:

De una parte encontramos a EEUU y a sus multinacionales, que acompañados por otros grandes países exportadores de materias primas agrícolas, quieren una legislación abierta y permisiva, en la que el mercado sea quien imponga su ley. EEUU defiende el uso de la biotecnología y pone de relieve la importancia de su industria, que crea nuevos puestos de trabajo y fomenta la innovación tecnológica y podría acabar con el hambre del mundo.

En el lado opuesto se encuentra la Unión Europea y otros países desarrollados de Asia, que pretenden poner orden y límite a ese comercio, empezando por un etiquetado riguroso que diferencie, tanto las materias primas como los productos elaborados en los que se incluyan organismos modificados genéticamente (OMG). Así mismo pretenden controlar y limitar el desarrollo de las patentes, propugnando incluso, una moratoria de 10 años, debido a que no se conoce con certeza los verdaderos efectos de esas manipulaciones genéticas sobre el resto de variedades vegetales y sobre el ecosistema. España ha sido acusada por grupos ecologistas y organizaciones agrarias como, COAG y UPA de ser uno de los países más permisivos en este aspecto.

El sector más radical lo constituye aquellos los grupos conservacionistas y colectivos científicos que abogan por la prohibición de cualquier tipo de alteración de los códigos genéticos.

Las multinacionales de la biotecnología son las que, por ahora se están llevando el gato al agua. Los cinco gigantes son: · AstraZeneca, DuPont, Monsanto, Novartis y Aventis.Suponen el 60%________del mercado de pesticidas.23%_________________del mercado de semillas.100%________________del mercado de semillas transgénicas.

Entre los cultivos transgénicos autorizados en la Unión Europea:PRODUCTO EMPRESATabaco SeltaSoja MonsantoColza PGSMaíz Novartis

Colza AgrEvoMaíz (T25) AgrEvoMaíz (MON 810) MonsantoMaíz (MON 809) PloneerAchicoria Bejo ZadenColza AgrEvoMaíz NovartisColza PGSPapa AVEBERemolacha DLF­TrifoliumClavel FlorigeneTomate ZenecaAlgodón MonsantoMaíz DeKalbPapa AmylogeneClavel FlorigeneFuente.Unesco, Emst & Young, SEBIOT.

En Europa, los casos de Soja y Maíz transgénicos resultan de especial relevancia. La soja se utiliza en un 40 a 60% de los alimentos procesados: aceite, margarina, alimentos dietéticos e infantiles, cerveza, etc. España importa de EEUU 1´5 millones de toneladas, el cuarto país importador detrás de Japón, Taiwan y Holanda.La comercialización del maíz transgénico está autorizada en EEUU, Canadá, Japón y también en la Unión Europea desde Enero de 1997.

¿Qué consecuencias puede traer el consumo de plantas y alimentos transgénicos?China planea plantar tomates, arroz, pimientos y patatas por lo menos en la mitad de todas sus tierras de labor (500.000 kilómetros cuadrados) en el plazo de cinco años. Sus investigadores analizaron el efecto de los pimientos y los tomates transgénicos en ratas de laboratorio, comparando el peso y el estado de los mismos con los de otros no alimentados, y no observaron diferencias significativas.

La creación o elaboración de este tipo de alimentos depende del nivel de desarrollo del país, de los intereses políticos del mismo y del grado de presión que ejerzan las grandes industrias privadas del sector. Hay un gran debate en torno a la conveniencia o no de este tipo de organismos.

Entre los posibles beneficios que sus defensores alegan podemos señalar:Alimentos con más vitaminas, minerales y proteínas, y menor contenido en grasas.

Cultivos más resistentes al ataque de virus, hongos insectos sin la necesidad de emplear productos químicos, lo que supone un mayor ahorro económico y menor daño al medio ambiente.

Mayor tiempo de conservación de frutas y verduras. Cultivos tolerantes a la sequía y estrés (Por ejemplo, un contenido alto de sal

en el suelo).

Hay quien asegura que estos alimentos ponen en peligro la salud humana, provocando la aparición de alergias insospechadas. Por ejemplo, se han citado casos de alergia producida por soja transgénica manipulada con genes de la nuez de Brasil o de fresas resistentes a las heladas por llevar incorporado un gen de pescado (un pez que vive en aguas árticas a bajas temperaturas) En este caso, las personas alérgicas al pescado podrían sufrir una crisis alérgica al ingerir las fresas transgénicas.Estas situaciones motivaron que organizaciones de consumidores y ecologistas pidieran que los productos elaborados con plantas transgénicas lleven la etiqueta correspondiente. Esta petición fue concedida con la aprobación el 15 de Mayo de 1997 del Reglamento CE nº 258/97 "sobre nuevos alimentos y nuevos ingredientes alimentarios" aprobado por el Parlamento Europeo y el Consejo de la Unión Europea el 27 de Enero de 1997.

En principio este Reglamento consideraba fuera de su aplicación a los productos derivados de la soja y maíz transgénicos, cuya comercialización había sido permitida con anterioridad, el 26 de Mayo de 1998 se aprobó el Reglamento nº1139/98/CE del Consejo por el que se exige el etiquetado de los alimentos e ingredientes alimentarios fabricados, total o parcialmente, a partir de maíz y de semillas de soja modificados genéticamente.Sin embargo esta regulación es muy necesaria, ya que calmará, en cierto modo la alarma social existente en torno a las plantas y alimentos transgénicos. La sociedad conocerá poco a poco las características de estos productos y su temor ya no podrá basarse en el desconocimiento y temor a lo desconocido y novedoso, pudiendo entonces, aceptarlos o rechazarlos.

11. Biotecnología ambiental

La biotecnología ambiental se refiere a la aplicación de los procesos biológicos modernos para la protección y restauración de la calidad del ambiente.El uso de microorganismos en procesos ambientales se encuentra desde el siglo XIX. Hacia finales de 1950 y principios de 1960, cuando se descubrió la estructura y función de los ácidos nucléicos, se puede distinguir entre biotecnología antigua tradicional y la biotecnología de segunda generación, la cual, en parte, hace uso de la tecnología del ADN recombinante.

Actualmente, la principal aplicación de la biotecnología ambiental es limpiar la polución. La limpieza del agua residual fue una de las primeras aplicaciones, seguida por la purificación del aire y gases de desecho mediante el uso de biofiltros.La biorremediación (uso de sistemas biológicos para la reducción de la polución del aire o de los sistemas acuáticos y terrestres) se está enfocando hacia el suelo y los residuos sólidos, tratamientos de aguas domésticas e industriales, aguas procesadas y de consumo humano, aire y gases de desecho, lo que está provocando que surjan muchas inquietudes e interrogantes debido al escaso conocimiento de las interacciones de los organismos entre sí, y con el suelo. Los sistemas biológicos utilizados son microorganismos y plantas.

Cada vez mas compañías industriales están desarrollando procesos en el área de prevención, con el fin de reducir el impacto ambiental como respuesta a la tendencia

internacional al desarrollo de una sociedad sostenible. La biotecnología puede ayudar a producir nuevos productos que tengan menos impacto ambiental.En definitiva, la biotecnología puede ser utilizada para evaluar el estado de los ecosistemas, transformar contaminantes en sustancias no tóxicas, generar materiales biodegradables a partir de recursos renovables y desarrollar procesos de manufactura y manejo de desechos ambientalmente seguros.

12. Biotecnología en los alimentos

Los Europeos y en especial los Españoles, vivimos muy preocupados por su alimentación. El consumidor tiende a asimilar alimento natural con alimento sano y seguro y a mitificarlo cuando lo compara con los transgénicos, sin pensar que éstos han pasado por mayor número de evaluaciones sanitarias antes de su comercialización. Centenares de científicos de distintas disciplinas (química, farmacológica.) trabajan en los centros de investigación de la industria alimentaría para desarrollar productos adaptados a nuestros sentidos.

Detrás de los alimentos de aspecto y sabor perfecto, se esconde un largo y complejo proceso de elaboración en el laboratorio. Si un sorbete a base de agua resulta cremoso o si una pizca de polvo marrón se convierte, al disolverse en el agua, en un capuchino, es gracias a recetas basadas en conocimientos de microfísica y de la química.

Vamos a ver algunos ejemplos curiosos que se dan en algunos de los alimentos que tomamos cada día:

La multinacional Nestlé está realizando un estudio para lograr que los cereales crujan más, ya que a los consumidores no les gusta que sean demasiado silenciosos.

Para que los espaguetis se cuezan por dentro, es necesario un tiempo de elaboración de ocho o diez minutos, lo que provoca que la parte exterior se reblandezca demasiado, provocando que no queden al dente. Para evitarlo los científicos del Centro de Investigaciones Nestlé han creado unos espaguetis seccionados en forma de trébol, que se cuecen de forma uniforme en sólo tres minutos.

Las gominolas se elaboran a partir de macromoléculas semejantes a las de los polímeros que forman los materiales plásticos.

Las papas fritas de bolsa se hicieron más apetitosas gracias a un experimento de David Parker, de la Universidad de Birmingham, que las sometió a una pequeña dosis de radioactividad.

Young Hwa Kim, físico de la Lehig University Bethlem, en Pensilvania, ha logrado, sin añadir ningún ingrediente secreto al maíz, palomitas gigantes, multiplicando su tamaño por diez, simplemente reduciendo la presión existente en el ambiente en que se cuece.

Otros científicos Alemanes de la Universidad Técnica de Berlín, tratan de solucionar uno de los mayores problemas de la cerveza, su espuma se desvanece rápidamente. Para resolverlo pretenden modificar directamente un gen de la cebada, para así conservar por más tiempo su espuma.

Objetivos de la biotecnología de alimentos.

El objetivo fundamental de la Biotecnología de Alimentos es la investigación acerca de los procesos de elaboración de productos alimenticios mediante la utilización de organismos vivos o procesos biológicos o enzimáticos, así como la obtención de alimentos genéticamente modificados mediante técnicas biotecnológicas.

Áreas de aplicación.

Los aportes de la Biotecnología para apoyar los procesos productivos de la industria alimentaría y agroalimentaria se enfocan a dos grandes líneas prioritarias de investigación:

Tecnología de alimentos y Biocatálisis.

El área de Tecnología Enzimática y Biocatálisis incluye el extenso campo de las Fermentaciones en procesamiento de alimentos, así como la Mejora genética de microorganismos de aplicación en tecnología de alimentos y la Producción de proteínas y enzimas de uso alimentario.

FermentacionesLa Fermentación es la transformación de una sustancia orgánica (generalmente un carbohidrato) en otra utilizable, producida mediante un proceso metabólico por microorganismos o por enzimas que provocan reacciones de oxidación­reducción, de las cuales el organismo productor deriva la energía suficiente para su metabolismo. Las fermentaciones pueden ser anaeróbicas, si se producen fuera del contacto con el aire, o aeróbicas, que sólo tienen lugar en presencia de oxígeno.

Las fermentaciones más comunes en la industria de alimentos es la del azúcar, con formación de alcohol etílico, en la elaboración de vino, cerveza, sidra; la del alcohol, con formación de ácido acético, en la elaboración del vinagre; y la fermentación láctica, en la elaboración de quesos y yogures.

Actualmente en la industria fermentativa se utilizan tanques de fermentación en los que ésta se realiza en condiciones controladas de temperatura y presión y que permiten regular constantemente la entrada y salida de productos.

Los diversos tipos de fermentaciones en la industria de alimentos se pueden clasificar de la siguiente manera:

Fermentaciones no alcohólicas:· Panadería (fermentación por levaduras de panadería)· Vegetales fermentados (encurtidos en general)· Ensilado (fermentación de forraje)

Fermentaciones alcohólicas:· Vino (fermentación alcohólica y maloláctica).

· Cerveza.· Sidra.· Destilados.· Vinagre (transformación de alcohol en ácido acético por fermentación con Acetobacter)

Fermentaciones cárnicas:· Embutidos crudos curados (salame, chorizo español, etc.)· Jamón Serrano (producto curado)· Productos de pescado fermentado (fermentación en filetes de pescado ahumado)­ Fermentaciones lácticas:· Leches fermentadas en general.· Yogur (fermentación de leche con microorganismos acidificantes, como Lactobacillus)· Quesos (fermentación con determinados cultivos bacterianos inoculados)· Bebidas lácticas alcohólicas (Kefir)

Fermentaciones locales especiales:· Salsa de soya.· Miso.· Tofu.· Otros productos.

Otras aplicaciones en Tecnología Enzimática y Biocatálisis

­ Mejora genética de microorganismos:Obtención de cepas recombinantes de microorganismos de utilidad en tecnología de alimentos, mediante técnicas de ingeniería genética. Se obtienen así microorganismos como levaduras industriales que poseen una mayor adaptación y eficacia en los procesos fermentativos, o bacterias capaces de producir determinadas enzimas de utilidad en procesamiento de alimentos.

­ Producción de proteínas y enzimas de uso alimentario:Producción de enzimas con una actividad enzimática dada, a partir de células microbianas. Esta actividad se vale de varias disciplinas, como la microbiología, la ingeniería genética, ingeniería de proteínas e ingeniería bioquímica. Se obtienen así enzimas que transforman el azúcar en polímeros, enzimas que hidrolizan la lactosa de la leche para hacerla más digerible, enzimas que se utilizan en enología, etc.

­ Diseño de procesos enzimáticos:Con los catalizadores disponibles o desarrollados, enzimas o células, libres o inmovilizadas, se pueden llevar a cabo procesos enzimáticos o fermentativos en reactores de diversas características, las que se determinarán para cada proceso específico. Así, se ha desarrollado, por ejemplo, una línea de procesos de extracción

enzimática de principios activos vegetales para la transformación de materias primas. Tal es el caso de un proceso biológico para la extracción de aceite de coco, sin usar solventes ni extractores mecánicos.

Líneas de Investigación en Tecnología Enzimática y Biocatálisis

En la actualidad se están llevando a cabo diversos avances en los campos de investigación referentes a Tecnología Enzimática y Biocatálisis, en particular el estudio del metabolismo y mejoramiento genético de Levaduras Industriales, así como la expresión de enzimas específicas mediante cepas microbianas recombinantes.Algunas de las líneas de investigación en desarrollo actual son las que se describen a continuación:

Bacterias Lácticas:· Utilización de técnicas y desarrollo de métodos para la detección e identificación de bacterias lácticas, utilizadas como cultivos iniciadores de fermentaciones alimentarías.· Estudios sobre el metabolismo de bacterias lácticas, incluyendo metabolismo de azúcares, regulación de la glucólisis e incidencia en la producción de volátiles y la calidad de productos lácteos.

Biología Molecular de Levaduras Industriales:· Estudio de mecanismos moleculares implicados en la fisiología de levaduras industriales durante los procesos fermentativos que llevan a cabo.· Estudio de los mecanismos moleculares de la respuesta a estrés osmótico en levaduras industriales.· Modificación genética de cepas de levaduras industriales para conseguir una mayor adaptación y eficacia en los procesos fermentativos.

Enzimas y Levaduras Vínicas:· Utilización de técnicas de selección e identificación de levaduras vínicas.· Estudios de la fisiología de levaduras vínicas durante los procesos de fermentación.· Modificación genética de levaduras vínicas.· Estudios sobre la aplicación de enzimas en enología.· Producción de enzimas de interés enológico.­ Estructura y Función de Enzimas:· Estudios de la relación entre estructura y función de proteínas.· Producción heteróloga de enzimas por cepas microbianas.

Levaduras de Panadería:· Aislamiento y caracterización de microorganismos con aplicación potencial en la industria de panadería.· Estudios sobre el metabolismo de levaduras de panadería.· Expresión heteróloga de genes que codifican enzimas de interés en los procesos de panificación.

Taxonomía Molecular:· Aplicación de técnicas moleculares para la detección e identificación de bacterias en alimentos. Detección e identificación de bacterias patógenas por PCR.

Alimentos genéticamente modificados.

¿Qué son los Alimentos Genéticamente Modificados?

La demanda de alimento global ha aumentado la necesidad de cultivos mejorados. La Biotecnología ofrece la tecnología necesaria para producir alimentos más nutritivos y de mejor sabor, rendimientos más altos de cosecha y plantas que se protegen naturalmente contra enfermedades, insectos y condiciones adversas.La tecnología de Alimentos Genéticamente Modificados (también llamados Alimentos Transgénicos) permite efectuar la selección de un rasgo genético específico de un organismo e introducir ese rasgo en el código genético del organismo fuente del alimento, por medio de técnicas de ingeniería genética. Esto ha hecho posible que se desarrollen cultivos para alimentación con rasgos ventajosos específicos u otros sin rasgos indeseables.

En lugar de pasar 10 o 12 años desarrollando plantas a través de métodos de hibridación tradicional, mezclando millares de genes para mejorar un cultivo determinado, la Biotecnología actual permite la transferencia de solamente uno o pocos genes deseables, obteniendo cultivos con las características deseadas en tiempos muy cortos.

Principales aplicaciones en Alimentos Genéticamente Modificados

Las ventajas ofrecidas por la Biotecnología de modificación genética se aplican fundamentalmente en el mejoramiento de cultivos agrícolas.Las principales aplicaciones se ven en cultivos con las siguientes características:· Resistencia a enfermedades y plagas· Resistencia a sequías y temperaturas extremas· Aumentos en la fijación de nitrógeno (permitiendo reducir el uso de fertilizantes)· Resistencia a suelos ácidos y/o salinos· Resistencia a herbicidas (permitiendo eliminar malezas sin afectar el cultivo)· Mejoramientos en la calidad nutricional.· Modificaciones para obtener cosechas más tempranas.· Mejor manejo de postcosecha.· Otras características de valor agregado.

Ventajas de los Alimentos Genéticamente Modificados

Las ventajas ofrecidas por los Alimentos GM pueden resumirse en los siguientes aspectos principales:

Mejoras nutricionales:

Se pueden efectuar modificaciones genéticas para obtener alimentos enriquecidos en aminoácidos esenciales, alimentos con contenido modificado de ácidos grasos, alimentos con alto contenido de sólidos, o alimentos enriquecidos en contenido de determinadas vitaminas o minerales, entre otras características de calidad nutricional.

Mayor productividad de cosechas:Se pueden obtener cultivos para alimentación genéticamente modificados que presenten resistencia natural a enfermedades o plagas, condiciones climáticas adversas o suelos ácidos o salinos, aumento en la fijación de nitrógeno de las plantas, resistencia a herbicidas. Todo esto permite reducir notablemente el daño a los cultivos y aumentar la productividad agrícola en cifras cercanas al 25%.

Protección del medioambiente:Los cultivos biotecnológicos que son resistentes a enfermedades e insectos reducen la necesidad del uso de pesticidas agroquímicos, lo que se traduce en una mucho menor exposición de aguas subterráneas, personas y ambiente en general a residuos químicos.

Alimentos más frescos:Cultivos a los cuales se ha modificado los genes que regulan la velocidad de maduración de frutos permiten obtener variedades de maduración lenta, de modo de permitir manejos de postcosecha o transportes de más larga duración sin que los alimentos lleguen al consumidor en estados avanzados de madurez.

Principales especies cultivadas de Alimentos Genéticamente Modificados

Los principales cultivos genéticamente modificados para alimentación que se utilizan hoy en día son soya, maíz, canola, tomate, papas y calabaza; considerándose los tres principales soya, canola y maíz.

Por su repercusión en Europa, los casos de la soya y el maíz transgénicos resultan de especial relevancia. La soya se utiliza en un 40­60% de los alimentos procesados: aceite, margarina, alimentos dietéticos e infantiles, cerveza, etc. El 2% de la soya producida en Estados Unidos es transgénica, de la que un 40% se exporta a Europa.La utilización de plantas transgénicas en programas de mejora se va incrementando día a día. Algunos expertos han llegado incluso a predecir que hacia el año 2005, el 25% de la producción agrícola en Europa lo será de plantas transgénicas.Nota: "Canola" es una combinación de dos palabras: canadiense y aceite (oil). La canola fue desarrollada por cultivadores canadienses con técnicas tradicionales de cultivo, específicamente por sus cualidades nutricionales. Las semillas se prensan, obteniéndose el aceite de canola para consumo humano, y el resto se procesa para obtener alimento para ganado. Reconocida ya por sus beneficios para la salud, la investigación ahora se está llevando a cabo para mejorar aun más el perfil nutricional de la canola.

Algunos ejemplos destacables de Alimentos GM

Soya resistente a glifosato:Es una variedad de soya transgénica obtenida por la compañía estadounidense Monsanto, a la que se le ha transferido un gen que produce resistencia al glifosato, componente activo del herbicida "Roundup". Esto permite la utilización del herbicida sin afectar el cultivo, permitiendo que se alcancen mayores niveles de productividad.

Maíz resistente a glufosinato y a Ostrinia nubilabis:Maíz transgénico producido por la multinacional Ciba­Geigy (hoy Novartis), resistente al glufosinato de amonio (componente activo del herbicida "Basta"), y resistente además al Ostrinia nubilabis, un insecto que horada el tallo de la planta destruyéndola.

Tomate de maduración lenta:Se han obtenido plantas transgénicas de tomate con genes que alargan el período de conservación y almacenamiento evitando la síntesis de la poligalacturonasa que produce el reblandecimiento del fruto. Así, se tienen ventajas en cuanto al manejo postcosecha de tomates, que pueden soportar períodos más largos de almacenamiento o transporte y llegar en buenas condiciones al consumidor final.

Arroz Dorado:Es una variedad de arroz obtenida por modificación genética para contener Betacaroteno, una pro­vitamina que en el organismo se transforma en vitamina A. Esto puede significar una gran ayuda para países en vías de desarrollo en los que se sufre masivamente de deficiencia de vitamina A, condición que puede llevar a muchos casos de ceguera. Muchos de estos países, además, tienen justamente al arroz como la base de su alimentación.

Consideraciones de seguridad para Alimentos GM

El uso de procesos biotecnológicos, particularmente modificación genética, es extremadamente importante al idear nuevas maneras de aumentar la producción de alimentos, mejorar la calidad nutricional y proporcionar mejores características de proceso o almacenaje. Cuando se desarrollan nuevos alimentos o componentes de alimentos usando Biotecnología, hay requisitos legales nacionales y expectativas del consumidor para que existan sistemas y procedimientos eficaces de evaluación de la seguridad de los alimentos para el consumo. Las técnicas tradicionales de evaluación de la seguridad de los alimentos, basadas en pruebas toxicológicas (según lo utilizado para los aditivos alimentarios, por ejemplo), pueden no aplicarse siempre a los alimentos o componentes de alimentos obtenidos por Biotecnología.De acuerdo a una reunión de consulta conjunta de la FAO y la OMS en 1996, las consideraciones de seguridad de alimentos con respecto a los organismos producidos por las técnicas que cambian los rasgos hereditarios, como la tecnología de DNA recombinante, son básicamente las mismas que se relacionan con otras maneras de alterar el genoma de un organismo, tal como la hibridación convencional. Éstas incluyen:

Las consecuencias directas (nutricionales, tóxicas o alergénicas) de la presencia en los alimentos de nuevos productos genéticos codificados por los genes introducidos durante la modificación genética.

Las consecuencias de los niveles alterados de productos genéticos existentes codificados por los genes introducidos o modificados durante la modificación genética.

Las consecuencias indirectas de los efectos de cualquier nuevo producto genético, o de niveles alterados del producto genético existente, en el metabolismo del organismo fuente del alimento, que conduzca a la presencia de nuevos componentes o de niveles alterados de componentes existentes.

Las consecuencias de las mutaciones causadas por el proceso de modificación genética del organismo fuente del alimento, como interrupción de secuencias de codificación o control, o la activación de genes latentes, conduciendo a la presencia de nuevos componentes o de niveles alterados de componentes existentes.

Las consecuencias de la transferencia genética a la microflora gastrointestinal desde organismos genéticamente modificados o alimentos o componentes alimenticios derivados de ellos.

El potencial de efectos adversos para la salud asociados a los microorganismos genéticamente modificados de los alimentos

La presencia en alimentos de genes nuevos o introducidos per se no es considerada como un riesgo a la seguridad de los alimentos, puesto que todo el DNA se compone de los mismos elementos.

Aplicaciones ventajosas de Alimentos GM para el mundo en desarrollo

En muchos países en vías de desarrollo existen graves de problemas de hambre, sub­alimentación, enfermedades y problemas de salud pública en general. Las causas del hambre y malnutrición en el mundo en desarrollo son variadas y sistémicas, y hay pocas soluciones inmediatas y sostenibles. Sin embargo, en las próximas décadas, la Biotecnología ayudará a encontrar soluciones, y por lo tanto proporcionará opciones realistas para las naciones del mundo subdesarrollado.

Naciones Unidas estima que más de 100 millones de niños en todo el mundo tienen deficiencia de vitamina A, lo que puede conducir a tanto como 250.000 casos de ceguera infantil. El Arroz Dorado, que fue creado por Biotecnología para producir Betacaroteno, una pro­vitamina que se transforma en vitamina A, fue desarrollado específicamente para tratar esta crisis de salud. Para las poblaciones cuya fuente de alimentación primaria es el arroz, este avance nutricional puede significar una mejora enorme en salud pública.

La deficiencia de hierro afecta a 400 millones de mujeres en edad de maternidad, lo que conduce a niveles más altos de nacimiento prematuro, mortalidad perinatal y retraso mental y de crecimiento. Para dar solución a este problema, investigadores en Biotecnología están intentando producir un arroz con niveles más altos de hierro. Los científicos también están intentando mejorar el perfil nutricional de muchos de los alimentos del mundo, desde aceite de canola con niveles más altos de Betacaroteno, a

frutas y hortalizas que contengan más vitaminas C y E.

Los cultivos generados por Biotecnología también poseen el potencial de transformar la productividad en el mundo en vías de desarrollo. Cultivos que son típicamente dañados por enfermedades, parásitos, malezas y sequías pueden causar la ruina de las economías de subsistencia. Nuevos cultivos genéticamente modificados, que pueden resistir estas amenazas, están siendo creados. Según el Banco Mundial, la Biotecnología podría elevar la productividad alimentaría del mundo hasta en un 25%, alimentando a más gente mientras se consumen menos recursos. Un ejemplo sobresaliente del impacto potencial de la biotecnología agrícola se da en África, donde los trabajos de desmalezamiento de cultivos prácticamente esclavizan a grandes cantidades de personas, impidiendo muchas veces que los niños asistan a la escuela. Una solución la constituirían los cultivos resistentes a los herbicidas, que permitirían la eliminación de malezas sólo por rociamiento con estos agroquímicos.Quizás la más significativa ventaja potencial de la Biotecnología para el mundo en desarrollo se presenta en la forma de alimentos capaces de vacunar contra enfermedades. Los científicos ya han demostrado que un alimento se puede utilizar para administrar vacunas contra enfermedades específicas. El virus Norwalk provoca una enfermedad poco conocida que afecta a niños y ancianos con gastroenteritis a veces mortales. Investigadores de la Universidad de Cornell desarrollaron recientemente una variedad de papa que inmuniza contra el virus Norwalk. Además, ya se está anticipando la producción de una variedad de plátano que puede entregar una vacuna contra la hepatitis B.

Incluso en el mundo desarrollado, no todos los niños reciben las inmunizaciones necesarias. En las regiones del mundo donde la inmunización es prácticamente inexistente y el conocimiento de los conceptos de salud pública es limitado, el desarrollo de estos nuevos alimentos podría combatir la significativa desnutrición y paliar las deficiencias en salud.

El futuro de la Biotecnología de Alimentos Genéticamente Modificados

La próxima generación de productos obtenidos por Biotecnología, muchos de los cuales ya han sido desarrollados pero no están todavía en el mercado, se concentran en una cantidad de características que subrayarán su uso en sistemas de producción de alimentos, como también mejorarán sus aspectos de calidad final.Estos alimentos posibles incluyen soya con cualidades nutricionales mejoradas mediante un incremento en el contenido de proteínas y aminoácidos; cultivos con aceites, grasas y almidones modificados para mejorar el procesamiento y la digestibilidad, tales como canola con alto contenido de estearato, maíz bajo en fitato o ácido fítico.

Otros productos que están siendo desarrollados incluirán nuevas características de calidad para el consumidor, como los llamados alimentos funcionales, que son cultivos desarrollados para producir medicinas o suplementos alimentarios dentro de la planta. Estos podrán proporcionar inmunidad contra enfermedades o mejorar características saludables de los alimentos tradicionales.

Una investigación substancial también se ha dedicado al desarrollo de pescado genéticamente modificado, como el salmón. Algunos de estos productos ya están disponibles para el uso, no obstante la mayoría está a años de la producción comercial generalizada.Algunos ejemplos destacables de Alimentos Genéticamente Modificados que podrían desarrollarse en el futuro son los siguientes:

Leche con biodisponibilidad de calcio mejorada. Huevos con menos colesterol. Papas y tomates con mayor contenido de sólidos. Maíz y soya con contenido aumentado de aminoácidos esenciales para ser

utilizados en alimentación humana y animal. Café descafeinado naturalmente. Cultivos con contenido modificado de ácidos grasos que permitan la producción

de aceites más saludables. Rasgos que controlan la maduración de pimientos y fruta tropical, permitiendo

un aumento en los tiempos necesarios para transportes de larga distancia.

Las ventajas generales que se visualizan en la agricultura de Alimentos GM incluyen básicamente la protección de cultivos contra pérdida de productividad, reducción en el uso de pesticidas, mayor protección medioambiental, protección contra insectos por temporadas largas, y ahorros de trabajo y energía porque los agroquímicos serían aplicados con menor frecuencia.

Resumiendo, se puede decir que la Biotecnología tiene un amplísimo rango de aplicación en la industria de alimentos, ofreciendo los medios para producir alimentos de mejor calidad en forma más eficiente y segura para la salud y el medio ambiente.Una de las promesas de la Biotecnología es generar innovaciones y mejoras en los alimentos conduciendo a prácticas agrícolas más ecológicas, contribuyendo a una agricultura sustentable que utiliza con respeto los recursos del medioambiente.El área de mayor aplicación de la Biotecnología en alimentos, y la más antigua, corresponde a las Fermentaciones, de gran importancia dentro de la Tecnología de Alimentos y que abarca varios campos, como fermentaciones alcohólicas, fermentaciones cárnicas y fermentaciones lácticas.

El área más reciente y de mayor proyección dentro de la Biotecnología de Alimentos está en el desarrollo de Alimentos Genéticamente Modificados o Transgénicos, cuyas principales ventajas se ven en mejoras nutricionales, mayor productividad de cosechas y mayor protección medioambiental. Además, los Alimentos GM poseen hoy en día gran importancia en las soluciones de graves problemas de escasez de alimentos, desnutrición y problemas de salud pública en general del mundo en vías de desarrollo.

Utilización de enzimas en la industria de alimentos.

INDUSTRIA ENZIMAS INCIDENCIA TECNOLOGICA

Cervecería Amilasas

Papaina, Pepesina

Fiscina, Bromelina

Mejoran los procesos de liquefacción y de sacarificación.

Evitan la turbidez durante la conservación de ciertos productos.

Vinificación Glucosa­oxidasa

Enzi. Pépticas

Glucosa­oxidasa

Evitan el oscurecimiento y los sabores desagradables.

Mejoran la clarificación y extracción de jugos.

Evita el oscurecimiento y los sabores desagradables.

Bebidas no alcohólicas Glucosa­isomerasa

Enzi. Pépticas

Tannasa

Glucosa­oxidasa

Utilización de jarabes de alto contenido de fructuosa.

Mejoran la clarificación extracción de jugos.

Aumenta la solubilidad y disminuye la turbidez del té.

Evita el oscurecimiento y los sabores desagradables.

Lechería Tripsina

Lactasa

Enmascara el gusto a oxido.

Fabricación de leche delactosada, evita la cristalización de leche concentrada.

Quesería "Cuajo"

Lactasa

Lipasa

Precipitación de la caseína.

Influencia el sabor de los quesos.

Influencia el sabor de los quesos.

Helados Lactasa

Glucosa­isomerasa

Evita la cristalización.

Permite la utilización de jarabes de alta concentración de fructuosa.

Industrias cárnicas Papaina, Fiscina

bromelina

Ablandamiento de carnes.

Producción de hidrolizados.

Panificación Amilasa

Lactasa

Proteasa

Lipoxidasa

Mejora la calidad del pan.

Mejora la coloración de la superficie, debido a la reacción de Maillard.

Disminuye la viscosidad de la pasta.

Produce una miga muy blanca.

Confitería Amilasas,

Pullulanasa

Isoamilasas,

Invertsa y Glucosa­isomersa

lipasa

Hidrólisis de almidó y producción de jarabes de alto contenido de fructuosa.

Acentúa el sabor en chocolates.

Industria azucarera Alfa­galactosidasa Hidrolisa la rafinosa y permite la cristalización normal del azúcar.

Concepto y breve historia de la biotecnología

La biotecnología, en un sentido amplio se puede definir como la aplicación de organismos, componentes o sistemas biológicos para la obtención de bienes y servicios.

Esto significa que desde hace miles de años, la humanidad ha venido realizando biotecnología, si bien hasta la época moderna, de un modo empírico, sin base científica:

La domesticación de plantas y animales ya comenzó en el período Neolítico.Las civilizaciones Sumeria y Babilónica (6000 años a.C.) ya conocían cómo elaborar cerveza.Los egipcios ya sabían fabricar pan a partir del trigo hacia el 4000 a.C.Antes de la escritura del libro del Génesis, se disfrutaba del vino en el Cercano Oriente: recuérdese que, según la Biblia, Noé "sufrió" (o disfrutó) accidentalmente

los efectos de la fermentación espontánea del mosto de la uva (primera borrachera con vino).Otros procesos biotecnológicos conocidos de modo empírico desde la antigüedad:

fabricación de quesocultivo de champiñonesalimentos y bebidas fermentadas: salsa de soja, yogur, etc.tratamiento de aguas residuales

Por supuesto, hasta la llegada de la moderna biología, y en muchos casos hasta el siglo XIX, la base de muchos de estos procesos era desconocida. De hecho, solamente en el siglo XVIII cobra cuerpo la idea de que la materia viva puede ser estudiada como la materia inanimada, es decir, usando el método experimental, con lo que se inicia el lento declive de las ideas vitalistas (creencias erróneas de que "la vida depende de un principio vital irreducible a otras ramas de la ciencia"), que aún darían sus últimos estertores casi al final del siglo XIX. Algunos hitos científicos que sentarían la base de la biotecnología contemporánea:

Los primeros microscopistas, como van Leeuwenhoek y Hooke (siglo XVII) describen los "animálculos" que están fuera del alcance del ojo, si bien se tarda aún un par de siglos en captar la importancia de estas minúsculas criaturas.El descubrimiento de que las fermentaciones se debían a microorganismos se debe a la gigantesca figura de Louis Pasteur, en sus estudios realizados entre 1857 y 1876.En la última parte del siglo XIX existían ya instalaciones industriales para obtener etanol, ácido acético, butanol y acetona, aprovechando fermentaciones al aire libre en condiciones no estérilesA finales del siglo XIX, la "edad de oro de la bacteriología" permite:

mejoras importantes en las técnicas microscópicasel desarrollo de técnicas asépticas, la esterilización y la pasteurizaciónla posibilidad de cultivar cada cepa microbiana sin mezclas con otras: cultivos puros en medios de cultivo de laboratorio.

A comienzos del siglo XX la bioquímica y la microbiología convergen, estableciendo las bases enzimáticas y metabólicas de muchos procesos de fermentación. Se desarrollan procedimientos industriales para producir enzimas (invertasa, proteasas, amilasas, etc.).Desde la década de 1940, las técnicas de ingeniería química, aliadas a la microbiología y a la bioquímica, permiten la producción de antibióticos, ácidos orgánicos, esteroides, polisacáridos y vacunas.

La penicilina comenzó a fabricarse en plena II Guerra Mundial, como resultado de avances importantes en técnicas de esterilización a gran escala, mejora de las instalaciones de fermentación (incluyendo la cuestión de la aireación), cultivo del hongo, etc. A partir de entonces se diseñaron estrategias para mejorar genéticamente las cepas microbianas industriales.Las décadas siguientes fueron de eclosión de producción de antibióticos así como de transformaciones de esteroides y de cultivo de células animales para la producción de vacunas antivirales.Las décadas de los 60 y 70 vieron la mejora de procesos de obtención de

pequeños metabolitos como nucleósidos, aminoácidos y vitaminas.Los procesos de fermentación experimentaron mejoras con las técnicas de inmovilización de células y enzimas en soportes, y con la fermentación continua para obtener proteína de células sencillas (biomasa microbiana).Polímeros microbianos como xantanos y dextranos se obtuvieron industrialmente, con apliaciones en el campo de la alimentación (como aditivos).

Pero incluso bien avanzado el siglo XX, cuando la Genética había resuelto el misterio de la naturaleza del material de la herencia, las posibilidades que había para actuar sobre dicho material eran limitadas: cruces entre plantas y animales de la misma especie (o de especies similares), selección de los individuos con rasgos deseados, retrocruzamientos (un proceso largo y lento), mutaciones con agentes físicos (rayos UV, rayos X) o químicos, con ulterior búsqueda (selección o rastreo ­screening) de alguna variante de interés (algo tedioso y frecuentemente infructuoso), etc.

Debemos esperar a la década de los 70 para que surja un conjunto de técnicas de laboratorio revolucionarias que por primera vez permiten "tocar" de modo racional el sancta sanctorum de la vida. Son técnicas y herramientas con las que se puede modificar el ADN de acuerdo a diseños previos y objetivos concretos (de ahí el nombre popular de Ingeniería Genética).

La Ingeniería Genética (I.G.), mejor llamada tecnología del ADN recombinante in vitro, se caracteriza por su capacidad de cortar y empalmar genes o fragmentos de ADN de organismos distintos, creando nuevas combinaciones no existentes en la Naturaleza, combinaciones que ponemos a trabajar en el interior de una variedad de organismos hospederos, para nuestro provecho.

1.1. La biotecnología es intrínsecamente interdisciplinar

La actual biotecnología es una empresa intensamente interdisciplinar, caracterizada por la reunión de conceptos y metodologías procedentes de numerosas ciencias para aplicarlas tanto a la investigación básica como a la resolución de problemas prácticos y la obtención de bienes y servicios.

Algunas de las ramas de conocimiento implicadas en la biotecnología:

MicrobiologíaBioquímicaGenéticaBiología celularQuímicaIngeniería (bio)químicaIngeniería mecánicaCiencia y Tecnología de alimentosElectrónicaInformática

El avance de la biotecnología dependerá cada vez más de esta colaboración entre disciplinas, y en el uso de lenguajes y paradigmas comunes, así como en que cada tipo de especialista comprenda los logros y limitaciones de las otras ramas biotecnológicas.

1.2. La biotecnología presenta muchos campos de aplicación

Dejando aparte el hecho ya reseñado de que las técnicas biotecnológicas (principalmente las genéticas) encuentran su primera utilidad en el avance de las propias Ciencias de la Vida, desde el punto de vista de su aplicación comercial e industrial, podemos decir que el campo de utilidad es inmenso:

Aplicaciones terapéuticas

productos farmacéuticos:

antibióticosvacunas

hormonasterapias génicas

Diagnósticos

diagnósticos para salud humanadiagnósticos para agricultura y ganaderíaensayos para calidad de alimentosensayos para calidad ambiental

Alimentación

mejora de procesos tradicionales de obtención de alimentos y bebidasnuevos alimentos y bebidasnutracéuticos: alimentos con perfiles determinados de nutrientes, y para la mejora de la saludaditivos alimentarios

Medio ambiente

tratamiento de residuos urbanos, agrícolas e industrialesbiorremedio y biorreparaciónproducción de energía a partir de biomasa

No podemos olvidar que muchas de las biotecnologías de las que nos beneficiamos son muy antiguas, y que en ellas se está logrando una fase de madurez auspiciada por los nuevos adelantos técnicos (p. ej., la tecnología de las fermentaciones). De hecho, muchas de las innovaciones que se están produciendo no son tanto de nuevos productos cuanto de mejoras en los procesos. De cualquier manera, ya estamos viendo la entrada de nuevos productos, en forma de nuevos fármacos y de plantas transgénicas con características novedosas.

Dejando aparte las tecnologías de fabricación de vacunas, la mayor parte de las otras áreas biotecnológicas requieren producir grandes cantidades de sustancias, del orden de kilogramos a toneladas, por lo que uno de los principales aspectos es el del

"escalado" a esas grandes cantidades. Esto supone un gran reto a los ingenieros, ya que deben diseñar fermentadores de gran tamaño, donde hay que controlar diversos parámetros, como pH, temperatura, oxígeno y otros gases, etc. La tecnología de fermentación cobró ímpetu a partir de los años 40 del siglo XX, cuando se comenzaron a fabricar antibióticos y otras moléculas (ácidos orgánicos, hormonas, enzimas, polisacáridos, etc) por medio de microorganismos.

Por lo tanto, aunque la atención pública se ha centrado en la moderna biotecnología que usa técnicas de ADN recombinante, no podemos olvidar que ya antes existía otra biotecnología, que hoy sigue pujante, y que se puede beneficiar de los nuevos enfoques.

Las biotecnologías, al usar catalizadores biológicos que funcionan a bajas temperaturas y materias primas renovables, pueden contribuir a una economía más "verde" (ecológicamente sustentable). Se espera que puedan sustituir a procesos químicos contaminantes.En los paises con condiciones climáticas apropiadas (p.ej., en los trópicos), la producción y uso de biomasa puede presentar muchas ventajas. La obtención de energía de biomasa (p ej. residuos celulósicos) es una gran promesa para evitar la dependencia de combustibles fósiles en ciertas partes del mundo.Los altos costes (económicos y ecológicos) de las energías tradicionales pueden suponer un incentivo para buscar en la biotecnología procesos de producción más rentables. Si además, se incluyen en los procesos industriales los costes ecológicos (hasta ahora tenidos como "externalidades" por la teoría económica tradicional), las alternativas de base biológica pueden ser más favorables que muchas contaminantes que se están empleando. Los incentivos son aún mayores en el caso de la producción de sustancias de alto valor añadido, como diagnósticos y productos terapéuticos, para las que las biotecnologías permiten abrir nuevos mercados muy atractivos, con productos destinados a mejorar la salud y calidad de vida de la población.

1.3 Los tres núcleos de la biotecnología

Según John Smith (1996), muchos procesos biotecnológicos, especialmente los que se realizan en entornos cerrados industriales, tienen un triple núcleo:

obtener el mejor catalizador biológico para una función o proceso específicoobtener el mejor ambiente para la función de ese catalizador biológico, mediante una serie de diseños técnicos en los que es fundamental la ingeniería químicaprocesamiento del material, consistente en separar y eventualmente purificar el material biológico producido

Veamos cada uno de estos tres componentes:

1. En la mayoría de los casos, el catalizador biológico son células vivas, sobre todo microorganismos. Por ello, uno de los pilares de la biotecnología es precisamente la microbiología (entendiendo esta en sentido amplio de biología microbiana). Parte de lo que hemos aprendido sobre el manejo de microorganismos se puede aplicar, con modificaciones, al manejo de células de animales y plantas, que cada vez son más importantes en la biotecnología. Varias son las características que hacen atractivos a los microorganismos:

la biodiversidad microbiana es gigantesca; de hecho, solo hemos investigado una pequeña parte de ella. Conforme los biólogos básicos aprendan a recuperar más

biodiversidad y a conocerla, habrá más cepas disponibles con propiedades potencialmente útiles para los humanoslas capacidades metabólicas de los microorganismos, como conjunto, son las más amplias de todos los seres vivos. Los genomas microbianos esconden tesoros aún ocultos, pero que se van revelando poco a poco, y ahora de modo más rápido, una vez que se van complentando sus mapas y secuencias (actualmente existen varias decenas de genomas secuenciados). Las actividades biosintéticas y degradativas de estos microorganismos presentan oportunidades extraordinarias para numerosas aplicaciones.los microorganismos crecen rápidamente, y en muchos casos son fáciles de manipular desde el punto de vista genético. Esto hace que sea relativamente fácil usarlos como factorías microscópicas para obtener productos útiles en tiempos relativamente cortos.Una parte esencial del aprovechamiento de los microorganismos reposa en nuestra capacidad para conservarlos viables durantes largos periodos de tiempo, y para que sus características útiles sean establesen muchos casos, en lugar del microorganismo, se puede recurrir a aislar alguna o algunas de sus enzimas, y se las pueden poner a trabajar en condiciones ventajosas y rentables.

2. El segundo componente o núcleo de las biotecnologías estriba en el entorno industrial en que ponemos a funcionar las células o las enzimas. Esto nos lleva al concepto de biorreactor, un entorno cerrado y controlado para que nuestros catalizadores biológicos hagan lo que queremos con la máxima eficiencia. En esta parte de la biotecnología se requiere la colaboración estrecha entre los biólogos y los ingenieros de bioprocesos, incluyendo los ingenieros químicos. Se trata de diseñar biorreactores o fermentadores, especies de cubas cerradas diseñadas para controlar diversos parámetros que condicionan la buena producción: temperatura, aireación, pH, etc.

3. Finalmente, queda el área quizá más desconocida y compleja, el procesamiento de la biomasa o de la sustancia producidas: separación de las células respecto del medio acuoso en que han funcionado, recuperación eficiente del producto buscado, purificación, etc.

A todo esto tenemos que añadir que un factor importantísimo en el desarrollo de la biotecnología es la evaluación de la seguridad del producto, sometida a controles rigurosos según normativas nacionales e internacionales. De hecho este factor es tan importante que se puede convertir en limitante, de modo que las regulaciones estrictas desincentivan ciertos desarrollos biotecnológicos. Por todo ello, es importante que tales regulaciones sean realistas, y no exijan más de lo que la evidencia científica sugiere, manteniendo en todo momento la preservación de la salud y el medio ambiente. A su vez, las regulaciones reflejan la percepción pública de los riesgos y promesas de la biotecnología. Por ejemplo, hoy en Europa la percepción pública ha logrado prácticamente una parada en las plantas transgénicas, a pesar de los informes científicos que dicen que en la mayor parte de los casos, sus riesgos son similares a las plantas convencionales. Habrá que llegar a un diálogo racional entre los diversos actores (científicos, empresas, consumidores, ecologistas, etc), para asegurar el correcto empleo de estas tecnologías, que por un lado no impida aplicaciones benéficas sin riesgos, y por otro regule adecuadamente aquellos ámbitos donde las dudas razonables hagan recomendables más restricciones. El ideal sería permitir todo aquello que aporte beneficios sin aumentar riesgos, pero no caer en el error de prohibir usos positivos solo bajo vagas ideas de riesgos no sustanciados, en buena parte imaginaciones y tergiversasiones de grupos de presión que pueden esconder agendas políticas ocultas.

2. Algunos aspectos clave en las biotecnologías

2.1 Materias primas

Las materias primas para alimentar los procesos biotecnológicos industriales pueden ser muy variadas, pero el hecho de que en su mayoría se trate de materias naturales biodegradables las hace muy atractivas. Lo ideal sería emplear subproductos de otras empresas, con lo que el proceso se abarata y se eliminan problemas ambientales:

se usan mucho desechos ricos en carbohidratos de ciertas industrias:

melazas procedentes del procesamiento de caña de azúcar y remolacha azucarera. En Brasil usan la caña de azucar para fabricar bioalcohol (Gasohol) como biocombustibledesechos ricos en almidón: de granos como el maíz, de tubérculos como la tapioca o la patata. El problema aquí es que el almidón debe primero ser degradado a monosacáridos u oligosacáridos antes de la fermentación industrial, pero ciertos procesos biotecnológicos son ya competitivos, como la producción de jarabes ricos en glucosa o fructosa, usados como endulzantes en alimentos y bebidas. En Suecia eliminan los desechos contaminantes del procesamiento de la patata con un método a base de levaduras, que produce biomasa potencialmente valiosa.

Existe un gran interés en usar como materia prima desechos agrícolas e industriales ricos en celulosa. Desgraciadamente, la celulosa es compleja, y su asociación con la lignina hace que aún no existan procesos industriales operativos. Pero si en un futuro logramos superar las barreras técnicas, tendremos una materia prima abundante, y podremos aprovecharla al tiempo que evitamos problemas ambientales. De hecho, la lignocelulosa es la materia renovable más abundante de la biosfera, y la esperanza es poder aprovecharla en un próximo futuro.De la misma manera, sería estupendo poder aprovechar otros desechos de las actividades humanas como materias primas para los microorganismos industriales, elimando así problemas de polución ambiental. La idea sería acoplar una industria que crea efluentes contaminantes con una bioindustria que pueda aprovechar los residuos de la primera, creando productos útiles y riqueza adicional, y sin que los costes totales sean elevados (aunque ya el hecho de eliminar una fuente de contaminación de puede considerar como algo positivo)

ya se usan desechos procedentes de las industrias papelerasigualmente se aprovechan los lactosueros (residuos ricos en lactosa) procedentes de las queserías

El empleo de metanol puede ser útil en ciertos procesos, ya que el metanol es "limpio" y se puede obtener fácilmente a partir del abundante metano. En un futuro podría ser rentable para fabricar alimentos para animales.

2.2 Mejora genética: Ingeniería genética

(Para una ampliación sobre ingeniería genética, especialmente por lo que respecta a la creación y rastreo de genotecas, véase artículo acompañante).

Tradicionalmente, la manera de mejorar genéticamente los organismos industriales reposaba en

la inducción de mutaciones (con mutágenos), seguida de selección o rastreo de los mejores mutantes. La búsqueda de mejoras en la producción de proteínas (incluyendo enzimas) es más fácil que la de la producción de otras moléculas (polisacáridos, antibióticos, aminoácidos, etc), porque cada proteína depende normalmente de un solo gen, mientras que los metabolitos se sintetizan por rutas complejas donde intervienen varias enzimas, cada una sintetizada por un gen diferente, y con regulaciones a menudo complicadas.

en los protocolos de selección, se suele aplicar una presión selectiva que favorece el crecimiento del tipo de mutantes buscados, en detrimento del resto de microorganismosen los protocolos de rastreo (screening, en inglés) crecen todos los microorganismos, pero se pueden identificar las variantes deseadas sobre la base de que presentan ciertas características que las diferencian de las demás

la mezcla de genomas mediante fenómenos de sexualidad, o parasexualidad (las bacterias no tienen sexo, pero algunas tienen fenómenos parasexuales como la conjugación, que se pueden aprovechar para transferir material genético de unas cepas a otras).

Algunos inconvenientes de estas técnicas tradicionales de mejora:

los programas de mejora suelen ser muy largos y tediosos, y a menudo no dan los resultados deseadosel efecto principal de la mutagénesis es originar mutaciones aleatorias en el organismo, la mayor parte de las cuales son negativas para su supervivencia, o empeoran algunas de sus características originales. Raramente se dan mutaciones que conducen a la aparición de propiedades nuevas positivas, y en todo caso, el proceso de su búsqueda es a menudo muy complicado. Además, incluso cuando se selecciona un tipo estimado adecuado, a menudo presenta otras mutaciones que son negativas (p. ej., haciendo que crezca más lentamente, o que sea más sensible a factores ambientales)lo anterior obliga a trasladar la mutación "positiva" a un fondo genético distinto (normalmente una cepa silvestre o que ya había sido seleccionada como buena en un programa anterior). Esto complica y alarga la mejora genética, e incluso en algunos organismos no se logra la adecuada introgresión de ese rasgo en la cepa deseada.frecuentemente los organismos seleccionados para la producción acumulan mutaciones desconocidas que no se caracterizanmuchos microorganismos industriales carecen de ciclos sexuales, lo que dificulta e incluso impide transferir rasgos útiles de modo sencillo, dejando como única alternativa la mutagénesis y selecciónen las especies dotadas de sexualidad, la mejora por recombinación genética está limitada al cruce entre razas de la misma especie, o de especies compatibles

Pero la llegada de la Ingeniería genética ha supuesto la superación de muchos problemas que tenía la mejora clásica, sobre todo en aquellos microorganismos que carecen de sexualidad. Además, permite mejoras menos aleatorias y más precisas, transfiriendo genes de cualquier origen al organismo donde queremos expresarlos.

2.2.1 Antecedentes y surgimiento de la Ingeniería Genética

Aunque la Genética es la base de toda la Biología, su desarrollo como ciencia es de los más tardíos. Veamos esquemáticamente algunos eventos esenciales para entender el surgimiento de la tecnología del ADN recombinante:

A partir de 1865, Mendel establece las bases de la genética. En sus famosos experimentos con el guisante, descubrió el modo de transmisión de ciertos caracteres desde una generación a las siguientes, y su "mezcla" en el aporte materno y paterno.Los hallazgos de Mendel permanecieron en el olvido hasta 1900, cuando sus leyes son redescubiertas por Correns, De Vries y Tschermarck.En 1909 se acuña el término "gen" (o gene) para referirse a la entidad hipotética responsable de los rasgos observables.En 1913 se obtiene el primer mapa genético, con 6 genes.En 1920 Morgan y Muller establecen su Teoría cromosómica de la herencia: los genes, localizados en los cromosomas, son las auténticas unidades de la herencia, tanto unidades de variación como unidades de transmisión. Es decir, la herencia presenta un doble aspecto: el de la transmisión de los caracteres (estudiado por las leyes de Mendel) y el de la expresión, es decir, el genotipo (conjunto de genes) determina el fenotipo (rasgos observables).Pero la naturaleza del material genético fue objeto de polémicas durante mucho tiempo, hasta que entre los años 40 y primeros 50 una serie de autores (Avery y colaboradores, Hershey y Chase, etc.) establecen firmemente que el material de la herencia reside en el ácido desoxirribonucleico (ADN; DNA).Por esos mismos años, Beadle y Tatum proponen la teoría conocida como "un gen­una enzima", que correlaciona cada unidad genética con el producto de su expresión, es decir cada gen se expresa como una determinada proteína. Desde entonces, se produce la definitiva unión de la genética con la bioquímica.En 1945, Schrödinger escribe su influyente libro ¿Qué es la vida?, una visionaria fusión de la Teoría de la Información con la Biología, que iba a contribuir poderosamente a la naciente biología molecular, inspirando a profesionales procedentes del campo de las ciencias químico­físicas.En los 40 y 50 se produce, en efecto, un "desembarco" de físicos y cristalógrafos en el abordaje de cuestiones biológicas. Es la época del florecimiento de técnicas como la difracción de rayos X, la ultracentrifugación y la cromatografía.En 1951 un joven biólogo estadounidense, James Watson, llega al laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, para pasar una estadía postdoctoral. Allí se une al inglés Francis Crick, y 18 meses más tarde (primavera de 1953) publican en Nature su modelo tridimensional de la doble hélice del ADN.

El modelo explicaba simultáneamente la herencia y la expresión del material genético. Éste consiste en un lenguaje basado en cuatro "letras", las cuatro bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).Se abría en principio una nueva manera de estudiar la base genética de los seres vivos: de dentro (genotipo) a fuera (fenotipo), al revés de lo que se venía haciendo desde Mendel (la observación de la transmisión del genotipo permitía inferencias sobre el genotipo).

A continuación se abre un decenio llamado a menudo la "Edad de Oro de la Biología Molecular", que pone las bases de la comprensión de los procesos básicos de la herencia y de la expresión genética:

replicación del ADN: papeles de la ADN­polimerasa, los cebadores (primers), el molde.Transcripción: una de las cadenas de ADN es copiada por la ARN­polimerasa hasta un ARN mensajeroEl ARN mensajero es leído (traducido) por los ribosomas para dar una proteína. De este modo, el mensaje lineal del ADN se convierte en el mensaje tridimensional de la configuración de la proteínaEl "Dogma Central" de la Biología Molecular: la información fluye unidireccionalmente en sentido ADN ­> ARN ­> proteína.El desciframiento del código genético: el lenguaje del ADN consta de "palabras" de tres letras (nucleótidos), llamadas codones. Cada codón tiene un equivalente en el lenguaje de la proteína, significando uno de los 20 aminoácidos. El código genético está "degenerado", es decir, tiene cierto grado de redundancia: algunos de los aminoácidos pueden venir determinados por más de un codón. Existen 64 codones, de los cuales tres carecen de sentido: no tienen equivalente aminoácido, y en vez, sirven como señales de parada de la traducción del mensajero.Jacob y Monod estudian en profundidad un sistema de expresión y regulación genética en la bacteria Escherichia coli: desarrollan su concepto del operón, como unidad de expresión y regulación a nivel de transcripción.

Tras la "Edad de Oro", empiezan a surgir algunas sorpresas que desafiaban ideas fuertemente establecidas:

Los genes eucarióticos son "discontinuos": están compuestos por una alternancia de segmentos que entrarán a formar parte del ARNm maduro (exones) y segmentos que se eliminan (intrones). Este proceso de maduración del ARN se denomina corte­y­empalme (splicing).Algunos virus (retrovirus) poseen material genético de ARN, que es convertido a ADN por una enzima llamada reversotranscriptasa.Se confirman los tempranos (y semiolvidados) estudios de Barbara McClinctock: hay segmentos del material genético capaces de moverse de un lado a otro de los genomas (elementos genéticos transponibles). El material genético es más dinámico y cambiante de lo que se había sospechado.

Pero aparte de estos avances básicos, a finales de los años 60, seguía pendiente de plasmación una de las expectativas abiertas por el descubrimiento de la estructura del ADN: ¿cómo llegar a "tocar" el ADN?, ¿cómo estudiar cada gen por separado, aislándolo físicamente de los demás?, ¿cómo determinar su secuencia de bases?

Durante mucho tiempo, lo único que se podía secuenciar era ARN:

desde 1964 se secuencian algunos ARN transferentes, que constan de 75 a 85 bases.Los métodos se fueron perfeccionando, de modo que en 1975 se pudo conocer la secuencia de un minúsculo genoma: el ARN del virus bacteriano Fi­X­174 (unos 4000 nucleótidos).

Sin embargo, para estudiar genes había que ser capaces de aislarlos uno a uno a partir del cromosoma, que es demasiado grande para su manipulación inmediata. Pero no se habían descubierto nucleasas específicas capaces de cortar en puntos determinados del ADN para generar fragmentos discretos y homogéneos. Ante este estado de cosas, algunos líderes de la Edad de Oro, consideraron que los problemas

básicos de la biología molecular estaban resueltos, y decidieron migrar a otras áreas de conocimiento (biología del desarrollo, neurobiología, etc).

Como tantas veces ocurre en la ciencia, fue una humilde línea de investigación básica la que abrió definitivamente el camino a la manipulación del ADN:

En 1953 se descubrió el fenómeno llamado de restricción: ciertos fagos (virus bacterianos) que parasitan a E. coli podían desarrollarse en ciertas cepas de esta bacteria, pero no podían hacerlo en otras (se dice que están "restringidos" en determinadas cepas).A finales de los 60, Werner Arber, en Basilea, descubre las enzimas de restricción responsables de ese fenómeno: la cepa de bacteria restrictiva produce unas endonucleasas ("enzimas de restricción, o restrictasas") que escinden el ADN del fago crecido en otra cepa diferente.Esas primeras enzimas de restricción eran inespecíficas en cuanto al sitio del ADN donde cortaban, pero en 1970 Hamilton Smith, en Baltimore, descubre un nuevo tipo de enzima de restricción totalmente específica: capaz de reconocer una determinada secuencia de ADN, de unos pocos pares de bases, y de cortar en ambas cadenas en lugares concretos.

Algunas restrictasas reconocen como secuencia diana un trecho de 4 pares de bases (pb).Otras restrictasas reconocen secuencias de 6 pares de bases.Se han descubierto restrictasas que cortan tras reconocer secuencias más largas.Las dianas de la mayoría de las restrictasas de este tipo son secuencias palindrómicas, es decir, "capicúas" (nota: la ´ señala el punto de corte). Ej:

5'­G´GAACC­3'

3'­GGTTG´G­5'Muchas de estas restrictasas cortan en cada cadena en lugares separados del centro geométrico de la diana (como en el ejemplo anterior), de modo que generan extremos protuberantes.Los extremos protuberantes de distintos fragmentos de ADN generados con la misma restrictasa (incluso de fragmentos de especies distintas), tienen tendencia, al mezclarlos, a emparejarse entre sí por puentes de hidrógeno (siguiendo las reglas de emparejamiento A­T y G­C).Si ahora añadimos la enzima ADN­ligasa a la mezcla de fragmentos de ADN de orígenes diferentes, se repararán los enlaces fosfodiésteres. Esto es lo que realizaron por primera vez Mertz y Davis en 1972, y enseguida se dan cuenta de que ello podía constituir la base para la producción de moléculas recombinantes in vitro, con material genético de diferentes especies.Pero este ADN recombinante, generado en el tubo de ensayo, es inerte, no es más que una macromolécula híbrida que por sí sola no hace nada.Si queremos que el ADN recombinante haga algo, hay que introducirlo en células vivas que sean capaces de expresar su información genética.

Esto nos lleva ya a la idea de lo que es la Ingeniería Genética: la formación in vitro de nuevas combinaciones de material genético, por medio de la inserción de un ADN de interés en un vehículo genético (vector), de modo que tras su introducción en un organismo hospedero el ADN híbrido (recombinante) se pueda multiplicar, propagar, y eventualmente expresarse.

2.2.2 La receta básica de un experimento de Ingeniería Genética

Vamos a ilustrar el concepto de la ingeniería genética con el caso bastante fácil de lograr bacterias que hospeden nuevas combinaciones de ADN:

Partimos de ADN que queremos aislar y estudiar: vamos a llamarlo ADN pasajeroPor otro lado, necesitamos un vehículo genético para transportar y replicar ese ADN: lo llamamos vector. Los vectores son igualmente moléculas de ADN con capacidad de replicarse por sí mismos o de insertarse una vez que se introducen en el organismo adecuado. He aquí una lista de lo que debe poseer idealmente un vector genético:

capacidad de replicación autónoma (es decir, se trata de un replicón), o de integración en el genoma del hospedero.Marcadores seleccionables: se trata de genes que confieren algún rasgo que se puede rastrear o seleccionar fácilmente en laboratorio. Unos de los más usados son los genes que confieren resistencia a algún antibiótico.Dianas únicas para al menos una enzima de restricción. En los modernos vectores se ha introducido un trecho de ADN, denominado polilinker, provisto de varias dianas únicas para diferentes enzimas de restricción, de modo que en cada experimento se pueda elegir la que más convenga.

Finalmente, contamos con el organismo anfitrión o huésped. En los primeros tiempos de la I.G. se manipulaban casi exclusivamente bacterias, pero hoy es posible modificar animales y plantas.

Así, pues, el "retrato robot" de un experimento de I.G. podría ser como sigue:

1. Se corta por separado el ADN del organismo a estudiar y el ADN del vector con la misma restrictasa, de modo que se generan extremos compatibles entre sí (mutuamente cohesivos).

2. Se juntan ambos ADNs y se les añade ADN­ligasa: de esta forma, las uniones entre ADN pasajero y ADN del vector se sellan covalentemente, generándose moléculas híbridas (quiméricas o recombinantes).

3. Ahora hay que introducir las moléculas generadas en el organismos huésped. En el caso de bacterias se recurre a una técnica sencilla denominada transformación, que permite la entrada del ADN a través de las envueltas del microorganismo.

4. Finalmente, hay que localizar las bacterias que han captado y han establecido establemente las moléculas híbridas. A menudo este es el paso más laborioso, pero el hecho de que el vector posea uno o varios genes de resistencia favorece al menos la eliminación de las bacterias que no han recibido ADN del vector: basta añadir al medio de cultivo el antibiótico para el que el vector confiere resistencia. Para localizar los transformantes recombinantes, muchos vectores incorporar un gen marcador que produce alguna sustancia coloreada. Si insertamos el gen a aislar dentro de ese marcador, lo rompemos, por lo que las colonias bacterianas no producirán la sustancia coloreada, sino que permanecen incoloras o blancas.

5. El resultado del experimento es la obtención de al menos una colonia (clon) de bacterias que portan la combinación buscada de vector con el inserto de ADN pasajero. Se dice entonces que hemos clonado (=aislado) dicho ADN.

El primer experimento de este tipo lo realizaron en 1973 Stanley Cohen y Herbert Boyer en la Universidad de California. Se vio que era factible hacer toda clase de experimentos en los que se recombina ADN de organismos totalmente diferentes (bacterias, plantas, animales).

2.2.3 Caracterización del ADN clonado

Una vez que se ha clonado un gen o trozo de ADN, hay que caracterizarlo lo más detalladamente posible:

Lo primero que se suele hacer es realizar un "mapa físico". Para ello, muestras independientes del ADN clonado son sometidas a distintas enzimas o combinaciones de enzimas de restricción, y los fragmentos resultantes se separan por tamaños usando la electroforesis en gel de agarosa con la sustancia fluorescente bromuro de etidio, revelándose en forma de bandas visibles bajo luz UV. A partir de los tamaños de las bandas generadas por las distintas enzimas y combinaciones de enzimas, es posible ensamblar el rompecabezas del fragmento, determinando un mapa donde se van colocando las localizaciones relativas de las distintas dianas de las restrictasas.A partir de la subclonación de fragmentos del trozo original, es posible, en algunos casos, ir adjudicando funciones a cada subfragmento, lo cual va generando en paralelo un "mapa genético".El último nivel (el más detallado) de caracterización física es la misma secuenciación del ADN.

En los primeros tiempos se usaba sobre todo el "método químico" de Maxam y GilbertPero el más usado actualmente es el método de terminación de cadena mediante didesoxinucleótidos (método enzimático de Sanger).Una modificación del método de Sanger permite la secuenciación automática mediante lectura fluorimética computerizada.

2.2.4 Otros métodos básicos

2.2.4.1 Síntesis química de ADN

Actualmente existen máquinas programables para sintetizar rápidamente secuencias determinadas de más de 100 nucleótidos. Se usan a menudo para generar sondas moleculares en la búsqueda y caracterización de determinados segmentos de ADN, y sobre todo para producir los cebadores usados en la reacción en cadena de la polimerasa.

2.2.4.2 Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

No cabe ninguna duda de que la técnica más revolucionaria de los últimos 15 años ha sido la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que ha dado nuevas alas a la propia Ingeniería genética y a toda la biología molecular. Fue inventada por Kary Mullis a mediados de los años 80.

Como ya sabemos, muchas de las técnicas clásicas de la Ingeniería genética estaban encaminadas a resolver el complejo problema de cómo clonar o localizar un gen o un segmento de ADN concreto "perdido" en la inmensidad del genoma. Sin embargo, esas técnicas son a menudo largas y tediosas, y no es raro que no den resultados. La PCR ha venido a cambiar el panorama, ya que permite en principio producir in vitro grandes cantidades de una secuencia de ADN concreta sin recurrir a la clonación en un organismo huésped. Esencialmente la técnica permite la amplificación selectiva de cualquier trecho de ADN, supuesto que se conocen las secuencias que lo flanquean. Como alguien ha dicho, "es una técnica que consigue encontrar la aguja en el pajar, al tiempo que produce un pajar de agujas por amplificación selectiva".

El principio que sustenta la PCR

El ADN de cadena doble que se quiere amplificar se calienta casi hasta ebullición, de modo que se separan las dos cadenas, las cuales van a servir de moldes más adelante.Se añaden dos cebadores (normalmente fabricados por síntesis química; ver apartado 2.2.4.1). Cada cebador es un corto oligonucleótido, correspondiente a una de las secuencias que flanquean el trozo a amplificar. Al bajar la temperatura, cada cebador se empareja por puentes de hidrógeno con la secuencia complementaria de una de las cadenas del molde, y obligará a la ADN­polimerasa a comenzar la copia de esa cadena molde complementaria (por supuesto, en sentido 5'­>3')Al añadir la ADN­polimerasa y los 4 tipos de desoxinucleósido­trifosfato (dNTPs), se produce la síntesis de las respectivas cadenas complementarias de cada molde, a partir de los respectivos cebadores. Al final de esta fase, tenemos el doble de cadenas de ADN de doble cadena respecto a las de partida.Luego la mezcla se vuelve a calentar hasta casi ebullición, con lo que se vuelven a separar la cadenas, que en su forma de cadenas sencillas sirven para iniciar otro ciclo idéntico al anterior, al final del cual tendremos el cuádruple de ADN.Si repetimos el protocolo n ciclos, el resultado será 2n copias a partir de las originales.

La técnica básica de la PCR

El ADN a usar no precisa ser purificado.La cantidad de partida puede ser minúscula (<1 microgramo de ADN genómico). De hecho se puede amplificar a partir de una sola molécula de molde.El empleo de ADN­polimerasas termorresistentes, como la Taq (procedente de la bacteria Thermus aquaticus descubierta junto a los géiseres de Yellowstone), evita tener que añadir polimerasa nueva en cada ciclo de amplificación.

En resumidas cuentas, el experimento suele realizarse según este orden:

1. En un tubito se mezcla el ADN molde, los dos cebadores (oligonucleótidos), los cuatro dNTPs y la ADN­polimerasa termorresistente.

2. Se calienta a 94ºC durante 5 min, con lo que se separan las cadenas del ADN molde a amplificar, generándose las correspondientes cadenas sencillas.

3. Se baja la temperatura en torno a los 60ºC, de modo que cada cebador se empareja con el extremo correspondiente de una de las cadenas del molde. Se dice que ahora tenemos los moldes cebados.

4. Se sube la temperatura hasta 72ºC (la óptima de funcionamiento de la Taq), y se deja durante 5 min, tiempo durante el que se está produciendo la síntesis in vitro de las cadenas complementarias de cada hebra molde.

5. Se sube la temperatura a 94ºC durante 20 segundos, suficientes para separar la cadena recién sintetizada respecto del molde original.

6. Las cadenas sencillas generadas entran ahora en un nuevo ciclo (pasos 1 al 5), y así sucesivamente, de modo que tras 30­60 ciclos obtenemos una amplificación del ADN original de millones o miles de millones de veces.

Todo este proceso se realiza en unos aparatos automáticos llamados termocicladores, en los que se pueden fijar los parámetros de tiempos y temperaturas de cada paso del ciclo. El método de PCR fue patentado en 1987, y en principio fue comercializado por la empresa Cetus, si bien desde 1991 los derechos fueron adquiridos por Hoffman­La Roche y Perkin Elmer. Las ganancias de este método tan universalmente empleado son astronómicas.

Las aplicaciones de la PCR y de sus numerosas variantes son prácticamente ilimitadas:

simplifica sobremanera muchos experimentos de I.G.permite muchos estudios de expresión genéticasecuenciación directa de secuencias amplificadasdetección de mutacionesseguimiento de la efectividad de tratamiento de enfermedadesdiagnósticos de enfermedades genéticas e infecciosasen ciencia forense: identificación de restos biológicos, determinación de paternidad, pruebas periciales en criminalísticaen arqueología y paleontología

INGENERIA GENETICA BASICA

La premisa de la I.G. es que la información genética codificada en el ADN es un recurso valioso que puede ser manipulado de varias maneras para lograr ciertos fines tanto en la ciencia pura como en la aplicada (producción microbiana de productos, plantas y animales transgénicos, nuevos diagnósticos).

Repasaremos algunos hitos históricos (ya conocidos por el estudiante) que influyeron en el nacimiento de la ingeniería genética:

En 1953 se descubrió el fenómeno llamado de restricción: ciertos fagos (virus bacterianos) que parasitan a E. coli podían desarrollarse en ciertas cepas de esta bacteria, pero no podían hacerlo en otras (se dice que están “restringidos” en determinadas cepas).A finales de los 60, Werner Arber, en Basilea, descubre las enzimas de restricción responsables de ese fenómeno: la cepa de bacteria restrictiva produce unas endonucleasas ("enzimas de restricción, o restrictasas") que escinden el ADN del fago crecido en otra cepa diferente.Esas primeras enzimas de restricción eran inespecíficas en cuanto al sitio del ADN donde cortaban, pero en 1970 Hamilton Smith, en Baltimore, descubre un nuevo tipo de enzima de restricción totalmente específica: capaz de reconocer una determinada secuencia de ADN, de unos pocos pares de bases, y de cortar en ambas cadenas en lugares concretos. Las dianas de la mayoría de las restrictasas

de este tipo son secuencias palindrómicas, es decir, "capicúas" (nota: la ´ señala el punto de corte). Ej:

5'­G´GAACC­3'

3'­GGTTG´G­5'

Muchas de estas restrictasas cortan en cada cadena en lugares separados del centro geométrico de la diana (como en el ejemplo anterior), de modo que generan extremos protuberantesLos extremos protuberantes de distintos fragmentos de ADN generados con la misma restrictasa (incluso de fragmentos de especies distintas), tienen tendencia, al mezclarlos, a emparejarse entre sí por puentes de hidrógeno (siguiendo las reglas de emparejamiento A­T y G­C).Si ahora añadimos la enzima ADN­ligasa a la mezcla de fragmentos de ADN de orígenes diferentes, se repararán los enlaces fosfodiésteres. Esto es lo que realizaron por primera vez Mertz y Davis en 1972 (Universidad de Stanford), y enseguida se dan cuenta de que ello podía constituir la base para la producción de moléculas recombinantes in vitro, con material genético de diferentes especies.Pero este ADN recombinante, generado en el tubo de ensayo, es inerte, no es más que una macromolécula híbrida que por sí sola no hace nada.Si queremos que el ADN recombinante haga algo, hay que introducirlo en células vivas que sean capaces de expresar su información genética.

Esto nos lleva ya a la idea de lo que es la Ingeniería Genética: la formación in vitro de nuevas combinaciones de material genético, por medio de la inserción de un ADN de interés en un vehículo genético (vector), de modo que tras su introducción en un organismo huésped, el ADN híbrido (recombinante) se pueda multiplicar, propagar, y eventualmente expresarse.

Vamos a ilustrar el concepto de la ingeniería genética con el caso bastante fácil de lograr bacterias que hospeden nuevas combinaciones de ADN:

Partimos de ADN que queremos aislar y estudiar: vamos a llamarlo ADN pasajero (ADN a clonar, inserto)Por otro lado, necesitamos un vehículo genético para transportar y replicar ese ADN: lo llamamos vector. Los vectores son igualmente moléculas de ADN con capacidad de replicarse por sí mismos o de insertarse una vez que se introducen en el organismo adecuado. He aquí una lista de lo que debe poseer idealmente un vector genético:

capacidad de replicación autónoma (es decir, se trata de un replicón), o de integración en el genoma del huésped.Marcadores seleccionables: se trata de genes que confieren algún rasgo que se puede rastrear o seleccionar fácilmente en laboratorio. Unos de los más usados son los genes que confieren resistencia a algún antibiótico.Dianas únicas para al menos una enzima de restricción. En los modernos vectores se ha introducido un trecho de ADN, denominado polilinker, provisto de

varias dianas únicas para diferentes enzimas de restricción, de modo que en cada experimento se pueda elegir la que más convenga.

Finalmente, contamos con el organismo anfitrión o huésped. En los primeros tiempos de la ingeniería genética se manipulaban casi exclusivamente bacterias, pero hoy es posible modificar animales y plantas. La introducción del ADN desnudo en las células huésped se suele denominar como transformación.

Así, pues, el “retrato robot” de un experimento de ingeniería genética podría ser como sigue:

1. Se corta por separado el ADN del organismo a estudiar y el ADN del vector con la misma restrictasa, de modo que se generan extremos compatibles entre sí (mutuamente cohesivos).

2. Se juntan ambos ADNs y se les añade ADN­ligasa: de esta forma, las uniones entre ADN pasajero y ADN del vector se sellan covalentemente, generándose moléculas híbridas (quiméricas o recombinantes).

3. Ahora hay que introducir las moléculas generadas en el organismos huésped. En el caso de bacterias se recurre a una técnica sencilla denominada transformación, que permite la entrada del ADN a través de las envueltas del microorganismo.

4. Finalmente, hay que localizar las bacterias que han captado y han establecido establemente las moléculas híbridas. A menudo este es el paso más laborioso, pero el hecho de que el vector posea uno o varios genes de resistencia favorece al menos la eliminación de las bacterias que no han recibido ADN del vector: basta añadir al medio de cultivo el antibiótico para el que el vector confiere resistencia. Para localizar los transformantes recombinantes, muchos vectores incorporar un gen marcador que produce alguna sustancia coloreada. Si insertamos el gen a aislar dentro de ese marcador, lo rompemos, por lo que las colonias bacterianas no producirán la sustancia coloreada, sino que permanecen incoloras o blancas.

El resultado del experimento es la obtención de al menos una colonia (clon) de bacterias que portan la combinación buscada de vector con el inserto de ADN pasajero. Se dice entonces que hemos clonado (=aislado) dicho ADN.

El primer experimento de este tipo lo realizaron en 1973 Stanley Cohen y Herbert Boyer en la Universidad de California. Se vio que era factible hacer toda clase de experimentos en los que se recombina ADN de organismos totalmente diferentes (bacterias, plantas, animales).

2. Repaso de conceptos básicos

Se recomienda al alumno consultar sus apuntes o libros de pasados cursos para repasar una serie de conceptos que habremos de usar ampliamente:

Enzimas de restricción con secuencia diana palindrómica

Que dejan extremos complementarios de cadena sencilla (cohesivos, protuberantes):

Extremos protuberantes 5’­P

Extremos protuberantes 3’­OH

Que dejan extremos “romos”

Ligasa de ADN del fago T4: permite la unión covalente (por enlace fosfodiéster) de ADNs de orígenes diferentes previamente rotos con la misma enzima de restricción o con enzimas que generan el mismo tipo de extremosUso de distintas enzimas de restricción para digerir ADN y generar mapas de restricción, empleando electroforesis en gel de agarosa y bromuro de etidio (que se visualizan bajo luz UV)Vectores de clonación en bacterias

Plásmidos: algunos ejemplos

pBR322: con dos genes de resistencia a antibióticos (ApR, TcR) con dianas únicas para algunas enzimas de restricción. La inserción de un ADN foráneo se evalúa viendo la sensibilidad a uno de los antibióticospUC19: un gen ApR para seleccionar eventos de transformación. Dispone de un polilinker (secuencia con múltiples dianas únicas de enzimas de restricción) situado delante del gen lacZ’ y de un gen lacI (codifica represor del lacZ). En ausencia de inserto, la bacteria en medio con el inductor IPTG y del sustrato X­gal, produce ­galactosidasa, que convierte el sustrato X­gal a una sustancia azul, por lo que las colonias aparecen de este color. Si hay un inserto interrumpiendo el gen lacZ’, la bacteria no produce ­galactosidasa, y las colonias aparecen blancas.

Vectores derivados de fagos lambda ( ): pueden albergar insertos de unas 20 kb.

Cósmidos: combinan las propiedades los vectores plasmídicos y la capacidad de empaquetamiento de ADN de fagos

Cósmidos con sitio cos del fago . Pueden albergar unas 40 kb de inserto

Cósmidos derivados del fago P1: pueden albergar 85 kb de ADN

Vectores de gran capacidad:

Cromosomas artificiales derivados de P1 (100­300 kb de capacidad)

BAC: cromosomas arfificiales bacterianos basados en plásmido F (150­300 kb de capacidad)

Métodos de introducción de ADN en bacterias en Ingeniería genética

Transformación artificial en E. coli (método del choque por calor tras incubación en Cl2Ca)Electroporación

Algunos sistemas de conjugación

Sistemas químicos de manipular ADN

Síntesis de oligonucleótidos

Secuenciación del ADN: método de Sanger (didesoxinucleótidos). Existe versión automatizada que recurre a didesoxinucleótidos marcados con agentes fluorocromosAmplificación in vitro del ADN: reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

3. Creación y rastreo de genotecas

En muchos programas biotecnológicos de nueva generación se pretende aislar algún gen que determine una proteína de interés. En muchos casos, para lograr esto se suele recurrir a la creación de una genoteca para rastrear luego en ella en busca de dicho gen.

Una genoteca (también llamada biblioteca génica) es una colección desordenada de clones de un microorganismo huésped en el que hemos introducido (con un vector adecuado) todo el genoma del organismo de interés en forma de trozos aleatorios. En teoría, una genoteca genómica debería representar el genoma completo en forma de un conjunto de fragmentos clonados parcialmente solapados, producidos de modo aleatorio y mantenidos de forma estable en la que no haya una mala representación de secuencias. Los pasos principales para producir una genoteca genómica son:

El ADN genómico del organismo de interés se rompe en trozos aleatorios de tamaño medio adecuado a la capacidad del vector que luego vamos a usar. Es muy frecuente que para ello ese ADN se trate con una enzima de restricción que reconoce una diana de 4 pares de bases (pb), como la Sau3AI. Ahora bien, si dejáramos que dicha enzima digiriera totalmente el ADN, produciría por término medio un corte cada 256 pb, lo que rendiría trozos demasiado pequeños como para albergar genes completos (que suelen medir más de 1000 pb). Por lo tanto, lo que se hace es proceder a una digestión parcial del ADN con la enzima, controlando la dosis para que el tamaño medio de fragmentos esté dentro del margen que nosotros deseamos (p. ej., 10 kb).

Se recuperan los fragmentos aleatorios de ADN del rango de tamaños deseado

Se mezclan los fragmentos con un vector genético tratado con un enzima de restricción que produce extremos cohesivos del mismo tipo que los generados por la Sau3AI. Ahora se añade la ligasa de ADN, de modo que cada trozo de ADN del organismo de interés se liga covalentemente con una copia del vector. El resultado son miles de moléculas recombinantes, cada una consistente en el vector unido a un trozo diferente del ADN genómico original.

Dichas moléculas recombinantes se introducen (p. ej., por transformación) en un organismo o agente huésped: una bacteria como E. coli, fagos, etc. De este modo hemos logrado la genoteca genómica: disponemos de miles de clones independientes del huésped, cada clon con una molécula recombinante portadora de un trozo de ADN genómico del organismo de partida.

Una vez disponible la genoteca, lo que nos queda es rastrearla en busca del clon o clones que porten el ADN con el gen o genes de interés. Esta operación, al igual que lo que ocurría con el screening de microorganismos para buscar sustancias útiles, puede ser más o menos fácil o directa, dependiendo de si disponemos o no de alguna estrategia racional de selección o de rastreo. Los métodos más frecuentes de identificación de clones recombinantes de interés en una genoteca son:

Hibridación de ADN usando alguna sonda marcada

Rastreo inmunológico (uso de anticuerpos frente al producto de interés)

Rastreo o selección de la actividad biológica de la proteína

3.1 Rastreo por hibridación de ADN

Su fundamento estriba en la posibilidad de formación de ADN de cadena doble entre cadenas sencillas del ADN a sondear y cadenas sencillas de ADN marcado (ADN sonda). Un esquema de cómo se rastrea una genoteca sería como sigue:

Los miles de colonias de una genoteca se replican a filtros de nylon o de nitrocelulosa situados sobre medio de cultivo sólido, y se incuban hasta que aparezcan las colonias de réplica.

Las células de las colonias se lisan in situ con un tratamiento suave

El ADN de las colonias se desnaturaliza (se convierte a cadenas sencillas) y se fija a los filtros mediante alta temperatura

Por otro lado, se ha preparado el ADN sonda marcado de alguna manera que luego sea fácil de detectar (véase más abajo)

El ADN sonda se desnaturaliza para convertirlo a cadenas sencillas

Ahora mezclamos el ADN sonda desnaturalizado y marcado con los filtros que contienen el ADN de la genoteca (igualmente desnaturalizado). Si el ADN sonda tiene cierto grado de homología con el ADN de alguno de los clones, se emparejará con dicho ADN para generar doble hélice. El ADN del resto de los clones no puede emparejarse con la sonda. En el lavado ulterior eliminamos el exceso de sonda, quedando sólo aquella sonda unida por dobles enlaces al ADN de los clones con los que tiene homología de secuencia.

Finalmente revelamos el resultado. Esto suele consistir en que encontraremos una mancha peculiar correspondiente a la colonia o colonias que hayan dado la hibridación con la sonda. Con esta información vamos a las placas matrices donde están las colonias originales de células vivas, y recuperaramos los clones, que podemos seguir estudiando.

El ADN de la sonda se puede marcar de varias maneras, pero en general hay que disponer de un cebador, un corto fragmento de ADN que aporte extremos 3’­OH para la actuación de la ADN polimerasa. Últimamente se utiliza mucho la estrategia llamada de los cebadores aleatorios:

El ADN que queremos convertir en sonda se desnaturaliza

Se le añade una mezcla con todas las secuencias posibles de 6 nucleótidos. Algunos de los hexanucleótidos encuentran su secuencia complementaria en el ADN de cadena sencilla de la sonda, y se emparejan con ella por puentes de hidrógeno

Ahora añadimos los 4 desoxirribonucleósido­trifosfatos (dNTPs), de los que uno está marcado, y la porción Klenow de la ADN­polimerasa I de Escherichia coli (este fragmento posee la actividad polimerasa 5’ 3’, pero carece de la exonucleasa en 5’). Los extremos 3’­OH de los cebadores aleatorios suministran el sitio para que la Klenow comience la copia de la cadena molde, incorporando la marca portada por uno de los dNTPs. El resultado es que se sintetiza una cadena de ADN marcada.

¿Qué tipos de marcado podemos usar?

Se puede marcar el ADN mediante isótopos radiactivos. Uno de los dNTPs posee en su posición un 32P. Obviamente, ese ­32P queda incorporado al esqueleto de ADN de la cadena copiada por la polimerasa. Cuando usamos una sonda de este tipo, y se une al ADN de una colonia, emite radiaciones. ¿Cómo las detectamos?

Pues bien, una vez que se ha terminado la hibridación y se han lavado los filtros con el ADN, estos filtros se secan y se ponen en contacto con una película de rayos X (de radiografías). Al cabo de unas horas o de unos pocos días, la película se revela. Si en efecto ha habido hibridación, el resultado será que veremos, en alguna parte de la película revelada, unos puntos negros, que nos indican la posición de las colonias que contenían ADN homólogo con la sonda (autorradiografía). Como dijimos, ya solo nos queda volver a las placas de Petri originales y recuperar las correspondientes colonias para seguir el estudio con ellas.

Si no nos gusta manejar isótopos radiactivos, podemos recurrir a un procedimiento no radiactivo. Uno de los más populares consiste en marcar uno de los dNTPs con biotina y obtener la sonda. Dejamos que se produzca la hibridación. El revelado consiste en añadir estreptavidina acoplada a un enzima. La estreptavidina reconoce a la biotina, y el enzima es capaz de romper un sustrato incoloro generando una sustancia coloreada. Otras veces el enzima genera una sustancia quimioluminiscente que se puede detectar por autorradiografía.

Ahora bien, ¿cuál es la fuente de la sonda? Lógicamente, el usar una sonda de ADN determinada se justifica porque sepamos o sospechemos que dicho ADN puede tener parecido con el ADN que estamos buscando en la genoteca. Los principales orígenes de las sondas moleculares son los siguientes:

Una secuencia de ADN procedente de otro organismo y de la que tenemos indicios de que puede tener parecido con lo que estamos buscando. A este tipo de sondas se la suele denominar como sondas heterólogas. Cabe imaginar que el parecido no será completo. Por esta razón, a la hora de realizar la hibridación se escogen algunas condiciones más o menos relajadas, con objeto de que se puedan formar los heterodúplex a pesar de que la homología no sea del 100%, por lo tanto, que permitan cierto porcentaje de malos emparejamientos entre la sonda y el ADN diana.

Una sonda sintética elaborada a partir de la información disponible sobre secuencia de aminoácidos de la proteína correspondiente al gen que estamos buscando. Esto obviamente solo es posible si hemos purificado cierta cantidad de la proteína y hemos determinado al menos un porción de su secuencia. Con esta información, y utilizando el diccionario del código genético, podemos sintetizar todos los posibles oligonucleótidos sinónimos que codificarían dicha porción de proteína. Marcando esa mezcla de oligonucleótidos, los podemos usar como sonda para localizar el gen en una genoteca.

3.2 Rastreo por ensayo inmunológico

Si no disponemos de una sonda de ADN, y si el gen que estamos buscando en la genoteca se expresa hasta nivel de proteína, podemos recurrir a un ensayo inmunológico (siempre y cuando, por supuesto, contemos con anticuerpos frente a la proteína en cuestión). Sus primeras fases son parecidas a las de la hibridación in situ que hemos descrito arriba:

Se hacen réplicas de todas las colonias de la genoteca a filtros de nylon o nitrocelulosa depositados sobre la superficie de medio sólido

Las colonias de réplica se lisan in situ, y las proteínas liberadas se fijan al filtro

El filtro con las proteínas unidas se trata con anticuerpo específico que reconoce la proteína que estamos buscando (anticuerpo primario, que no está marcado)

Lavamos para quitarnos los productos en exceso y no unidos

Ahora tratamos el filtro con un segundo anticuerpo. Este anticuerpo secundario reconoce al anticuerpo primario, y lleva unida una enzima como la fosfatasa alcalina.

Una vez que volvemos a lavar, se añade un sustrato incoloro sobre el que actúa la enzima ligada al segundo anticuerpo, de modo que libera un producto coloreado. El resultado, pues, es que allí donde hubiera proteína reconocida por el anticuerpo primario, se formará una manchita de color debida al producto generado por la enzima unida al anticuerpo secundario.

Volvemos a las placas originales, localizamos la colonia que ha dado positivo, y la estudiamos en detalle para confirmar que lleva el gen de interés.

3.3 Rastreo o selección de la actividad de la proteína

Esta estrategia se puede aplicar cuando lo que estamos buscando es un gen que determina una actividad que no está presente en el microorganismo huésped original donde hemos albergado la genoteca. Algunos ejemplos:

Imaginemos que hemos creado en Escherichia coli una genoteca genómica de un organismo productor de ­amilasa, o de endoglucanasa, o de ­glucosidasa (E. coli no produce por sí mismo ninguna de estas enzimas). Pues bien, una genoteca completa se puede rastrear fácilmente para estas actividades enzimáticas replicándola en un medio con los sustratos adecuados, y viendo a simple vista el halo correspondiente a la degradación de esos sustratos.

INGENIERIA GENETICA INDUSTRIAL

Cuando en 1973 se realizó el primer experimento de laboratorio de clonación molecular, quedaba abierta la vía para producir grandes cantidades de proteínas útiles a partir de genes introducidos en microorganismos. Comenzaba una nueva era en la domesticación de los seres vivos, con una base más racional y menos empírica que la realizada hasta entonces.

El primer ejemplo de producción de proteínas terapéuticas por ingeniería genética llegó en 1976, cuando se logró que bacterias produjeran la somatostatina, un neurotransmisor de solo 14 aminoácidos. Se veía claro que la ingeniería genética permitía producir grandes cantidades de productos con gran valor añadido, que son difíciles o imposibles de producir por otros medios.

Los intereses sanitarios y los de la industria farmacéutica empujaron rápidamente hacia la aplicación de la nueva genética para la obtención de nuevos fármacos. Se crearon cientos de pequeñas empresas, que en su mayor parte fueron luego absorbidas por grandes compañías. El papel del capital­riesgo y las joint­ventures ha sido y sigue siendo muy grande. No solo ha surgido un nuevo tipo de empresa basada en la nueva biología, sino que las farmacéuticas tradicionales han reorganizado su estrategia, de modo que algunas están actualmente totalmente orientadas hacia la farmacología de base genética. Otras empresas, como las alimentarias, las agroquímicas, etc, van introduciendo igualmente estas novedades.

La nueva genética, incluyendo la genómica, es la base de la nueva generación de productos que van a ir apareciendo en campos tan diversos como la farmacología, los diagnósticos, la alimentación, la industria química, el tratamiento de residuos.

1. Proteínas y péptidos terapéuticos recombinantes

La llegada de la ingeniería genética ha supuesto que numerosas proteínas potencialmente terapéuticas, que antes se producían solo en pequeñas cantidades, puedan elaborarse en grandes cantidades. Hoy día existen cientos de genes de proteínas terapéuticas que se han expresado a nivel de laboratorio, y que están intentando demostrar su adecuación clínica. Ya existen más de 30 proteínas aprobadas para su uso clínico.

Sustancia Empresa Enfermedad

factor antihemofílico Miles, Baxter, Genetics Institute Hemofilia A

DNasa I Genentech Fibrosis quística

Eritropoyetina (EPO) Amgen, Ortho Biotech Anemia, enf. renal

Glucocerebrosidasa Genzyme Enfermedad de Gaucher

Hormona del crecimiento Genentech Enanismo hipofisario

Insulina Eli Lilly Diabetes

Interferón alfa­2a Hoffmann­LaRoche ciertas leucemias, sarcoma de Kaposi

Interferón alfa­2b Schering­Ploughciertas leucemias, Sarcoma de Kaposi, hepatitis B y C

Interferón alfa­n3 Interferon Sciences Herpes genital

Interferón gamma­1b Genentech enf. granulomatosa crónica

Interleucina­2 Chiron Carcinoma células renales

Somatotropina Eli Lilly Deficiencia hormona crecimiento

Activador tisular del plasminógeno (tPA) Genentech

Infarto agudo de miocardio, embolismo pulmonar masivo

El porcentaje de proteínas terapéuticas que se fabricarán por métodos recombinantes irá creciendo con el tiempo. En el año 2000 su valor estaba en torno a los 20.000 millones de dólares.

Comentemos algunos ejemplos de los citados en la tabla anterior:

La insulina es el primer caso de proteína por ingeniería genética aprobada para uso en humanos (en 1982, con el nombre comercial de Humulina®, de la compañía Eli­Lilly). Los mamíferos producen insulina en las células beta de los islotes de Langerhans del páncreas, y regula los niveles de glucosa en la sangre. El defecto de su síntesis conduce a la diabetes. Hasta la ingeniería genética la insulina para diabéticos procedía de páncreas de cerdos o vacas, que aunque es biológicamente activa en humanos, no es idéntica a la nuestra, de modo que se pueden producir algunos problemas de reacciones inmunes adversas.La hormona de crecimiento es un péptido de 191 aminoácidos producido por la hipófisis (glándula pituitaria), que estimula el crecimiento normal. Los niños que no producen niveles adecuados tienden a tallas inferiores a las normales (enanismo hipofisario). Antes, esta enfermedad se trataba con hormona extraida de cerebros de cadáveres, extracción larga y costosa, con poco rendimiento, cuyo producto, además, de vez en cuando daba infecciones con virus y priones procedentes de los cerebros de los cadáveres. Todo esto se ha resuelto con la ingeniería genética. Millones de dosis de la hormona recombinante se administran cada año a cientos de miles de pacientes.Hace poco se aprobó el uso de DNasa­I para el tratamiento de la fibrosis quística (la enfermedad monogénica más frecuente en poblaciones caucasianas, que hace que los afectados sean muy susceptibles a infecciones bacterianas en sus pulmones, con lo que se acumula un grueso moco que les dificulta la respiración). La DNasa­I, administrada como aerosol, puede romper el componente ADN del moco acumulado en los pulmones del enfermo, disminuyendo su viscosidad y facilitando la respiración del paciente. Igualmente se está intentado obtener una alginato­liasa que rompe el componente alginato secretado por bacterias Pseudomonas aeruginosa que son responsables de buena parte del moco de los enfermos de fibrosis quística. La primera proteína terapéutica recombinante obtenida en células de mamífero es el activador tisular del plasminógeno (tPA), que se administra a víctimas de ataques cardíacos (infarto agudo de miocardio). Esta sustancia cataliza la conversión del plasminógeno en plasmina, que a su vez disuelve la fibrina de los coágulos sanguíneos. El tPA recombinante, desarrollado por Genentech fue licenciado en 1987 con el nombre comercial de Activasa®. Aparte de su empleo para el infarto agudo de miocardio (aprobado en 1987), se ha aprobado su empleo en el embolismo pulmonar agudo (1990) y en la isquemia aguda (1996).

2. Enzimas recombinantes

Existen muchos ámbitos económicos donde se requiere el uso de enzimas animales, vegetales o microbianas

Las enzimas microbianas se emplean sobre todo en la obtención de jarabes de glucosa y fructosa, en detergentes y en textiles, y suelen ser enzimas que hidrolizan polímeros, como proteínas y polisacáridos.

La producción industrial de enzimas es un negocio que a comienzos del siglo XXI mueve en torno a 1.600 millones de dólares al año, de los cuales el 70% se debe a productos del género Bacillus. Veamos el desglose por grupos de enzimas y actividades comerciales (los datos de esta tabla son de finales de los años ochenta):

Tipo de enzimas Actividad económica Millones $ / añoSacarasas e isomerasas

Procesamiento del almidón, endulzantes y jarabes ricos en fructosa

Fabricación de textiles

150

Proteinasas Detergentes

Carnes, quesos

Procesamiento de pescado

Procesamiento de tejidos

400

Renninas (quimosinas) Coagulación de la leche para producción de quesos

60

Lipasas Detergentes

Procesamiento de pieles

Saborizantes

Procesamiento de carne y queso

20

Celulasas Producción de zumos de frutas

Producción de olivas

Modificación de granos y fibras

“Envejecimiento” de prendas vaqueras

20

Para usar un microorganismo que produzca enzimas de consumo humano, se deben de cumplir una serie de requisitos legales, que se centran en que tal microorganismo debe figurar en la llamada lista “GRAS” (generally aknowledged as secure), es decir, que haya demostrado una larga historia de seguridad. Existen unos 50 microorganismos GRAS aprobados para la industria alimentaria, de los cuales citamos los siguientes:

Bacillus, como p. ej. B. subtilis y B. licheniformis.

Saccharomyces cerevisiae (levadura de panadería).

Aspergillus niger y A. oryzae.

Lactobacillus y estreptococos lácticos.

Como se ve, la producción de enzimas por microbiología industrial era ya un negocio floreciente ante de la era del ADN recombinante, pero precisamente la I.G. se adapta perfectamente a los objetivos de mejora de esta biotecnología comercial, y empezó a usarse de modo casi inmediato en cuanto estuvieron a punto las técnicas.

En la industria alimentaria:

Quimosina recombinante (rennina) para la elaboración de quesos. Muy empleada en EE.UU y Gran Bretaña (90% de los quesos duros), sustityendo a la escasa quimosina de terneros y a la biotecnológica tradicional obtenida de hongos (Rhizomucor, Endothia parasitica). La quimosina recombinante se obtiene en Kluyveromyces lactis y Aspergillus niger manipulados.

Somatotropina bovina recombinante pare estimular la producción de leche de vacas en los EE.UU. (aprobada por la FDA en 1994 para Monsanto, con el nombre comercial de Prosilac, pero no en la UE).

En la industria de detergentes:

La Lipolasa® de Novo­Nordisk (ahora Novozymes) es la primera enzima recombinante aprobada para detergentes. El gen de esta lipasa, aislado de hongo filamentoso Humicola se transfirió a Aspergillus oryzae.

La cutinasa de Fusarium, buena degradadora de ácidos grasos, se expresa por ingeniería genética en la levadura Saccharomyces cerevisiae.

Entre las proteasas, hay que destacar la subtilisina de Bacillus licheniformis y B. amyloquefaciens, que ayuda a eliminar manchas de sangre, comida, etc. Por ingeniería de proteínas ha sido posible mejorar las ya de por sí buenas cualidades de la subtilisina, creando variantes resistentes a la oxidación por peróxido de hidrógeno derivado de los perboratos, resistentes a pH alcalinos y termorresistentes.

3. Vacunas recombinantes

Las vacunas tradicionales suelen ser de dos tipos: microorganismos inactivados (muertos) o microorganismos vivos pero atenuados, y normalmente requieren cultivar el microorganismo responsable de la enfermedad frente a la que se pretende inmunizar. Pero hay varios inconvenientes con este tipo de enfoque:

no todos los microorganismos se pueden cultivar

la producción a menudo es cara en el caso de las vacunas frente a virus

se requieren medidas de seguridad en los laboratorios productores que manejan el patógeno

se requieren medidas muy estrictas para asegurar la completa inactivación o la atenuación adecuada de la cepa. De vez en cuando, la cepa atenuada puede recuperar la virulenciahay enfermedades, como el sida, que no parecen doblegarse al diseño tradicional de vacunas

La tecnología del ADN recombinante permite nuevos enfoques para el diseño y producción de vacunas:

Vacunas a base de subunidades del agente patógeno.

Por ejemplo, la actual vacuna de la hepatitis B usa un determinado antígeno aislado del virus: el llamado HBsAg, producido por ingeniería genética en levaduras. El antígeno se produce a altos niveles en grandes fermentadores, de modo seguro.

Se está avanzando en vacunas subunitarias frente al virus del herpes simple (HSV)

Vacunas frente a la glosopeda (fiebre aftosa) del ganado de pezuña hendida: se está ensayando una a base de la proteína VP1 de la cápsida del virus

Ahora que se ha completado la secuencia del genoma del bacilo de la tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis), se abren más perspectivas de vacunas más efectivas y seguras que la actual basada en el bacilo de Calmette­Guérin (CGB), una cepa de Mycobacterium bovis.

Nuevas vacunas atenuadas: la estrategia básica estriba en manipular un agente patógeno para eliminarle genes de virulencia mientras que retiene su capacidad de estimular el sistema inmunitario. De esta forma, el microbio manipulado se podría emplear como vacuna viva atenuada segura, sin miedo a que revierta al tipo virulento, como pasa hoy. Con ello aprovechamos además el hecho de que los microorganismos completos suelen ser más efectivos que las vacunas subunitarias.

Se han diseñado cepas estables del agente del cólera (Vibrio cholerae) desprovistas del gen de su potente enterotoxina, que actualmente están en fase de ensayos clínicos.

En el caso de Salmonella se ha ensayado quitarle ciertos genes no relacionados con la virulencia, pero que al desaparecer convierten a la cepa en atenuada (disminución de su virulencia en un millón de veces). Han mostrado su efectividad en ovejas, bovinos, pollo e incluso, más recientemente, en humanos.

Vacunas vectores: uso de microorganismos no patógenos que incorporan genes determinantes de antígenos protectores para ciertas enfermedades.

el virus vacunal es un buen candidato a ser vector de vacunas, ya que entre otras cosas, ha venido siendo usado para la erradicación de la viruela. Se trata de un

poxvirus con un genoma de 187 kb, totalmente secuenciado, y que permite acomodar varios genes foráneos en su interior. Si colocamos un gen bajo el control de un promotor del virus vacunal, este gen se expresa en el organismo hospedador. Se han ensayado las expresiones de genes intereresantes, como antígenos de virus de la rabia, de la hepatitis B, de la gripe y del herpes simple. Se puede intentar vacunar simultáneamente para varias enfermedades.

Otros ejemplos de virus vectores candidatos: adenovirus, poliovirus, varicela­zoster.

Vectores bacterianos: la idea es expresar antígenos de bacterias patógenas en la superficie de bacterias no patógenas.

4. Otros ejemplos de aplicación de la ingeniería genética

Aunque la I.G. encuentra su aplicación inmediata en la producción del producto directo del gen, es decir, la proteína, no se puede olvidar que también puede ayudar a producir sustancias y metabolitos no proteicos, ya que en la biosíntesis de éstos intervienen proteínas catalizadoras (enzimas) a su vez susceptibles de poder mejorarse o incrementarse su producción mediante las nuevas técnicas. Trataremos de modo casi telegráfico algunos ejemplos:

Síntesis de antibióticos. El mercado de producción de antibióticos suponía en 1996 unos 23.000 millones de euros. El hecho de que desde los años 40 las técnicas tradicionales de mutagénesis aleatoria y selección lograran grandes aumentos de productividad ha supuesto que la recién llegada I.G. se encuentre buena parte del trabajo ya realizado. Sin embargo, está teniendo un papel importante, sobre todo una vez que se clonan los genes (estreptomicina: 1985; bialafos: 1986; tetracenomicina: 1987) y se caracterizan bioquímicamente las rutas, a veces muy complejas.

mejoras en procesos tradicionales: p. ej., ampliando los "cuellos de botella" metabólicos con ingeniería metabólica.

síntesis de nuevos antibióticos,

fusionando rutas de dos antibióticos diferentes: la mederrodina deriva de transferir genes de actinorrodina a una cepa productora de medermicina

manipulando racionalmente rutas de antibióticos: la deleción de un gen para un módulo enzimático de una ruta de policétido generó un nuevo antibiótico de la familia de la eritromicina.

Síntesis de aminoácidos: los aminoácidos se producen para varios fines, sobre todo

como aditivos mejoradores del sabor de alimentos y como suplementos de dieta, así como en industria química, cosmética, para suministros médicos, etc. Aunque esta biotecnología tiene casi un siglo de vida y ya había llegado a cierta madurez, se han logrado mejoras en la producción de lisina, glutámico y triptófano por parte de bacterias industriales Corynebacterium glutamicum y Brevibacterium spp. En la mayor parte de los casos, se trata de ampliar cuellos de botella metabólicos y eliminar mecanismos de retroinhibición y de represión por producto final.

Síntesis del índigo: el índigo se emplea como colorante para los prendas tejanas (blue­jeans), y hasta ahora el proceso era puramente químico y contaminante. Se ha desarrollado un sistema para producir este colorante de modo limpio en bacterias manipuladas genéticamente (no se requieren sustancias químicas peligrosas como anilinas, formaldehido, cianuro, etc).

Producción de enzimas para detergentes de lavadoras: por ejemplo, la subtilisina es una enzima producida por razas de Bacillus subtilis, que se viene usando, junto con otras enzimas microbianas, como aditivos que mejoran el poder limpiador de los detergentes para ropa. La subtilisina natural tiene el inconveniente de que se inactiva con la lejía. Mediante una técnica genética llamada "ingeniería de proteínas", se logró cambiar un determinado aminoácido (Met­222) por otro (Ala­222), con lo que la nueva subtilisina resistía a la lejía. Por métodos parecidos se han diseñado variantes que aguantan altas temperaturas, por lo que se pueden usar en los programas de lavado en caliente.

Se están haciendo esfuerzos para que la ingeniería genética impulse procedimientos industriales "verdes" (Véase el artículo sobre Ingeniería genética y medio ambiente"). Aquí solo aludiremos a algunos ejemplos:

Producción de plásticos biodegradables. Desde hace tiempo se sabe que ciertas bacterias (como Ralstonia eutropha) producen unos gránulos de reserva a base de poli­hidroxialcanoatos, sustancias que muestran notables propiedades termoplásticas y elásticas. Se han diseñado cepas de bacterias con los genes de biosíntesis de estas sustancias, y ya hay empresas que fabrican estos plásticos biodegradables para usos especiales, como dispositivos médicos (el Biopol® de la Monsanto). Se están haciendo esfuerzos para abaratar los costes, principalmente con plantas transgénicas. Es posible que en un futuro los precios sean competitivos y que se puedan ir sustituyendo los plásticos sintéticos, contaminantes y gastadores de combustibles fósiles, por los bioplásticos, biodegradables y dependientes de biomasa y recursos naturales renovables.

La bacteria Xanthomonas campestris produce el xantán, un exopolisacárido con múltiples aplicaciones industriales como agente emulsificante y espesante. Para hacer más rentable el proceso de producción industrial, se están diseñando cepas manipuladas de esta bacteria para que pueda usar como fuente de carbono desechos de industrias, como el lactosuero procedente de las queserías.

Las melaninas, usadas para bronceadore, protectores solares de plásticos, etc., se suelen obtener de modo químico o por procedimientos ineficientes de extracción de organismos. Se han localizado y aislado los genes de síntesis de melanina en la bacteria del suelo Streptomyces antibioticus, y se han transferido a

otras bacterias más fáciles de manejar, lográndose en ellas su expresión.

Se están intentando producir adhesivos biológicos por ingeniería genética. Por ejemplo, se aisló el gen de una proteína adhesiva del mejillón (Mytilus edulis), y se ha logrado expresar en microorganismos. Se espera que de tener éxito, esta proteína adhesiva pueda emplearse en adhesivos para dentistas y médicos.

Se han iniciado estudios para ver la viabilidad de obtener caucho por ingeniería genética, a partir de genes de la planta productora (Hevea brasiliensis).

Manipulación de la expresión génica

1. Manipulación de la expresión génica en bacterias

El objetivo principal de la ingeniería genética con fines industriales es lograr la correcta expresión a altos niveles del gen clonado en el microorganismo huésped elegido. Sin embargo, la clonación directa (sin manipulación adicional) de un gen en un vector normal (como el pBR322) no suele asegurar que nuestro gen de interés se vaya a expresar bien, sobre todo cuando procede de especies alejadas filogenéticamente. Por esta razón hay que proceder al diseño de vectores especializados y a menudo a modificaciones del gen de interés, con objeto de que este pueda transcribirse y traducirse bien en el microorganismo huésped. He aquí algunos de los elementos que conviene manipular para este fin:

Naturaleza de las secuencias de inicio y final de la transcripción (promotores­operadores, terminadores)

Señales para el comienzo de la traducción, especialmente sitios de unión del ribosoma y codón de inicio de la traducción

Eficiciencia de la traducción, lo que puede obligar a utilizar codones sinónimos adaptados a la abundancia de los correspondientes ARNt del huésped

Estabilidad de la proteína en la célula huésped

Localización celular de la proteína a expresar: en muchos casos interesa que la proteína se secrete, por lo que el diseño genético debe incluir señales de procesamiento postraduccional adecuadas. Otras veces interesa que la proteína se quede en el espacio periplásmico de la bacteria Gram­negativa huésped, o que se retenga en el citoplasma

Número de copias del gen clonado. Cuando se pretende que el gen se exprese a alto nivel, se suele escoger un plásmido de control relajado, es decir, con gran número de copias, mientras que si interesa un nivel bajo de expresión se escoge un plásmido de control estricto (poco número de copias) o se recurre a integrar el gen de interés en el cromosoma

Cada vez que queramos clonar y expresar un gen, debemos ajustar específicamente muchos de estos parámetros, construyendo vectores de expresión ad hoc, escogiendo las cepas huéspedes, etc. Se trata de una labor que frecuentemente es bastante ardua, y que pone en juego una gran cantidad de conocimiento de biología molecular y de pericias técnicas.

Uno de los microorganismos huéspedes más usados es nuestro viejo amigo, el colibacilo Escherichia coli, probablemente el ser vivo más estudiado a nivel molecular, y del que se dispone de una vasta batería de métodos de manipulación genética in vitro. Pero para muchos experimentos se debe recurrir a otros huéspedes, como Bacillus subtilis, la levadura Saccharomyces cerevisiae, o incluso células de insectos o de mamífero.

Antes de entrar en detalles, hagamos un retrato rápido de lo que debe tener un vector de expresión en E. coli (se citan los elementos genéticos siguiendo el orden desde el lado 5’ al lado 3’):

Un promotor eficiente, dotado de las regiones conservadas –35 (TTGACA o parecida) y –10 (TATAAT o parecida)

A corta distancia del promotor, una región que al transcribirse suministre el sitio de entrada al ribosoma: la denominada secuencia de Shine­Dalgarno, que es complementaria del extremo 3’ del ARNr 16S

A unos 3­11 pb aguas abajo de la secuencia de Shine­Dalgarno, debería situarse el codón ATG que señala el comienzo de la traduccción del ARNm. Este codón lo puede suministrar el gen a clonar, o bien el vector puede disponer de ese codón, seguido de alguna diana que permita la inserción del gen a expresar

Finalmente, y situado al lado 3’ de todo lo anterior, una secuencia que funcione como terminador de la transcripción (que en su forma de ARN constituye la típica horquilla por emparejamiento intracatenario, donde la ARN polimerasa se desliga del ARN recién formado).

A continuación abordaremos algunos ejemplos de estrategias usadas en la manipulación de la expresión genética en bacterias (sobre todo E. coli).

1.1 Promotores fuertes y regulables

En principio, uno podría pensar que si queremos expresar un gen a alto nivel, deberíamos escoger un promotor fuerte y constitutivo. Sin embargo, la mayor parte de las veces no conviene usar tal tipo de promotores, porque al estar expresando permanentemente el gen de interés a alto nivel, pueden sustraerse recursos para el normal crecimiento de las células. Esto es especialmente delicado si la proteína foránea tiene efectos negativos para el huéped. Por lo tanto, lo normal es emplear promotores regulables, que el investigador puede conectar y desconectar a voluntad. Una estrategia habitual es aquella en la que se cultiva la bacteria recombinante hasta

que se logran grandes densidades, momento en que se suministra la señal para que el promotor se active y transcriba el gen insertado.

1.1.1 Ejemplos de promotores regulables

Los promotores regulables de E. coli que se emplean en los vectores de expresión más habituales son promotores fuertes pero que bajo ciertas condiciones están reprimidos por las correspondientes proteínas represoras, lo que suministra la base para inducir o desreprimir el gen adyacente a voluntad.

1.1.1.1 Derivados del promotor lac

El promotor del operón de la lactosa (lac) ha servido para diseñar elementos de control de expresión en numerosos vectores. Mientras en el medio no exista lactosa (o un inductor apropiado), el promotor está reprimido por el represor (producto del gen lacI). En el laboratorio, la inducción se suele lograr añadiendo al medio un inductor gratuito (que a diferencia de la lactosa, no se metaboliza, pero se une al represor, inactivándolo). Ejemplo de inductor gratuito es el IPTG (isopropil­ ­D­tiogalactósido). Para que el promotor lac se exprese a alto nivel, tenemos que evitar la represión catabólica: en ausencia de glucosa la proteína CAP se une con AMPc, y el complejo se une cerca del promotor, ayudando a la ARN polimerasa a comenzar la transcripción.

En los vectores de expresión se suele emplear un promotor lac mutante, conocido como lacUV5 (con una sustitución en la región –10), que es más potente que el promotor silvestre. Por supuesto, esta variante es reprimible por LacI e inducible por IPTG.

1.1.1.2 Derivados del promotor trp

El operón trp contiene los genes estructurales que determinan las enzimas para la síntesis del triptófano. Su promotor se ve reprimido, en presencia del triptófano en el medio, por el complejo represor­triptófano. Si no hay triptófano disponible, el represor queda inactivo, y por lo tanto el operón trp se transcribe. En los vectores basados en el promotor trp, la expresión se logra en medio sin triptófano, mientras que se reprime en presencia del aminoácido, o añadiendo el compuesto ácido 3­indol­acrílico.

1.1.1.3 Promotor híbrido artificial tac

En los años 80 se diseñó un “promotor artificial” combinando la región –35 del promotor trp y la –10 del promotor lac, poniéndole de nombre promotor tac. Dicho promotor resultó ser 5 veces más potente que el de trp y 10 veces más que el de lac. A semejanza del promotor de lac, el tac es inducible por IPTG y reprimible por glucosa. Se ha usado mucho en vectores de expresión de alto rendimiento. Se llegan a alcanzar niveles de proteína recombinante del 10­30% de la total.

1.1.1.4 Promotores derivados del fago

Se puede usar un sistema de expresión regulable consistente en el promotor PL del fago y su represor cI. En la práctica se recurre al represor mutante cI857, que es un mutante termosensible (ts). De esta manera, podemos cultivar la bacteria recombinante a una temperatura moderada (30ºC) a la que el represor impide la transcripción del gen de interés. Cuando el cultivo alcanza la densidad deseada, subimos la temperatura hasta 42ºC, lo que inactiva al represor, y se logra la expresión a alto nivel de nuestro gen desde el promotor PL

1.1.1.5 Promotor del fago T7

El promotor del fago T7 necesita la ARN polimerasa específica del mismo fago, por lo que si queremos expresar genes bajo ese promotor, hay que clonar simultáneamente el gen de la polimerasa de T7. Normalmente este gen de la polimerasa se inserta en el cromosoma de E. coli o en el profago (la versión insertada del cromosoma del en las células lisogénicas) y bajo el control del promotor de lac. Entonces se procede a transformar las células con la construcción genética dotada del gen de interés aguas abajo del promotor del T7. Cuando añadimos el inductor IPTG, se induce el gen de la polimerasa de T7, proteína que transcribe a gran nivel el gen que hemos clonado.

1.1.2 Un ejemplo de plásmido de expresión de alta eficiencia

El plásmido pPLc2833 era ya un buen plásmido de expresión, pero vamos a ver cómo, a partir de él, se construyó otro aún mejor.

El pPLc2833 cuenta con un módulo pensado para clonar genes bajo el control del promotor PL del fago : tras el PL existe un polilinker, es decir, un trecho de ADN dotado de múltiples dianas únicas para las respectivas enzimas de restricción (lo que permite usar cada vez la enzima más adecuada a nuestro experimento). Este plásmido presenta unas 40 copias por cromosoma. Para lograr una expresión a mayor nivel, se sustituyó su origen de replicación por el origen de replicación de otro plásmido, llamado pKN402, de modo que el número de copias se puede aumentar unas 8 veces incubando la bacteria a 42ºC. De esta forma se obtuvo el plásmido mejorado pCP3. Para su uso correcto, las células que albergan derivados de pCP3 con genes clonados bajo el promotor PL se cultivan primero a 28ºC, y una vez alcanzada una buena densidad, la temperatura se sube hasta 42ºC, con lo que el número de copias sube hasta unas 700. A esa temperatura, el represor termosensible cI(ts) se inactiva, por lo que el promotor PL funciona a su máximo rendimiento, y se logran altos niveles de la proteína codificada por el gen clonado.

Para hacerse una idea de la eficiencia de este sistema de expresión, baste decir que cuando se clonó el gen de la ligasa de T4 en el pCP3, nada menos que el 20% de la proteína total a 42ºC era ligasa de T4. (A título comparativo, la proteína “natural” más abundante de E. coli supone el 2% de la proteína total).

1.1.3 Otros sistemas

El uso de promotores que se activan al bajar la temperatura presenta la ventaja de que la proteína se pliega mejor, con lo que se evitan los problemas de la formación de

cuerpos de inclusión. El promotor mejor caracterizado es el de cspA, aunque tiene el incoveniente de que se inactiva al cabo de 1­2 horas, tiempo demasiado corto para los fermentadores.

Recientemente ha recibido atención el sistema de la arabinosa, que ha sido comercializado por Invitrogen. Usa el azúcar arabinosa, que es barato, siendo la fuerza del promotor de araBAD más débil que la de los lac.

1.1.4 Sistemas de expresión adaptados a la gran escala

Los sistemas de expresión que hemos estudiado hasta ahora son muy buenos ... a escala de laboratorio de investigación, pero presentan el problema de que resultan caros y complicados si los queremos usar a escala industrial (donde manejamos volúmenes de cientos de litros de cultivo):

Los sistemas basados en proteínas termosensibles plantean el problema de que cuando queremos aumentar la temperatura en un gran fermentador, esto requiere bastante tiempo (hasta 1 hora), y sobre todo, un gasto de energía importante.

En los sistemas que se inducen con inductores como el IPTG, el problema es económico: no sería rentable añadir la cantidad adecuada de este tipo de sustancias a un gran fermentador.

Para solucionar estos inconvenientes, se diseñó un sistema de expresión más barato, con dos plásmidos:

Uno de los plásmidos es de bajo número de copias, y lleva la parte codificadora del gen del represor cI bajo el control del promotor trp. (El uso de un plásmido de control estricto del número de copias garantiza que no se va a producir un exceso de moléculas de represor.

El segundo plásmido lleva el gen a expresar bajo el control del promotor pL.

Sabiendo cómo funcionan los elementos genéticos implicados, es fácil “deducir” el comportamiento del sistema:

En ausencia de triptófano en el medio, el promotor del trp está activo, y se producen moléculas de represor cI. Este represor se une al promotor pL del otro plásmido, y reprime la transcripción de nuestro gen, por lo que no se produce proteína.

En presencia de triptófano, se reprime la transcripción del gen cI desde el promotor trp. Al no producirse represor cI, el gen clonado en el segundo plásmido se puede expresar (desrepresión).

En la situación real de un fermentador, las cosas ocurren de la siguiente manera:

Al principio, la bacteria se cultiva en un medio barato a base de melazas e hidrolizados de caseína, que contiene poco triptófano libre, de modo que nuestro

gen clonado no se expresa, porque está reprimido por cI.

Una vez que el cultivo se hace denso, se añade al medio triptona (un hidrolizado de proteína rico en triptófano). Entonces, al bloquearse el gen cI, queda desreprimido el gen clonado, con lo que se pueden producir grandes cantidades de la correspondiente proteína. (Se han logrado niveles de 20% de proteína recombinante respecto de proteína total).

Para la producción a gran escala lo ideal sería un promotor que no requiera inducción externa, y que por lo tanto haga el sistema más barato y automático. El del gen pho (fosfatasa alcalina) puede ser bueno, ya que se induce cuando se produce limitación de fosfatos, al final del crecimiento. Los rendimientos mejoran cuando al mismo tiempo se muta la proteína sensora de fosfato PhoS (PtsS), con lo que se logra la inducción del promotor a una mayor concentración de fosfato, y prolonga el periodo de producción. Por lo tanto, se puede adaptar a un fermentador con alimentación continua de fosfato sin que se reprima el promotor de phoA.

1.2 Proteínas de fusión

Cuando uno intenta expresar genes en huéspedes heterólogos es frecuente encontrarse con el hecho de que la proteína buscada se degrade, con lo que se obtienen bajos niveles útiles. Para solventar este problema, uno de los “trucos” consiste en lograr proteínas híbridas, de fusión, en las que nuestra proteína heteróloga (o la parte funcional que nos interesa) está unida covalentemente con una proteína estable del propio huésped, lo que la protege del ataque de proteasas de éste.

Para conseguir estas proteínas de fusión, hay que hacer una construcción genética en la que unimos, en la adecuada fase de lectura, un gen del huésped con el gen que queremos expresar. Veamos brevemente los elementos importantes de un vector especializado para obtener proteínas de fusión en E. coli que queden expuestas al exterior desde la membrana externa:

Porción terminal 5’ del gen ompF que codifica una proteína de membrana externa. Este segmento suministra las señales de comienzo de la transcripción y de la traducción, así como las señales para que la proteína viaje hasta la membrana externa.

Inmediatamente después, una versión truncada del gen lacZ, desprovista no solo del promotor, sino carente de los codones correspondientes a los ocho primeros aminoácidos. A pesar de ello, se podría sintetizar ­galactosidasa funcional en el caso de estar en fase la secuencia que acabamos de describir. Otra característica de este lacZ es que su proteína es capaz de funcionar incluso cuando va fusionada en su extremo amino­terminal con otra proteína.

La situación relativa entre el extremo 5’ del ompF y el gen modificado de lacZ en el vector original es tal que este último no está en fase correcta. Por lo tanto, el vector no codifica ­galactosidasa.

Ahora bien, si clonamos un gen entre ompF y lacZ de modo que todos queden en fase, se producirá una proteína “tri­híbrida” consistente en el extremo de OmpF fusionado con nuestra proteína, que a su vez va fusionada con la ­galactosidasa. Los clones recombinantes que sinteticen esta proteína tri­híbrida se pueden identificar fácilmente porque tienen actividad ­galactosidasa, detectable como colonias azules en placas provistas de galactósido artificial cromogénico X­gal.

La proteína tri­híbrida se puede usar para dos fines:

Como antígeno para producir anticuerpos frente a la porción proteica que hemos expresado con el gen clonado

Como medio para aislar pequeñas porciones importantes de nuestra proteína.

El elemento Flag se compra a una empresa en forma del vector, previsto para su uso en la levadura Saccharomyces cerevisiae. Este elemento determina un péptido de ocho aminoácidos, cuya secuencia es Asp­Tyr­Lys­Asp­Asp­Asp­Asp­Lys. Imaginemos que queremos expresar en levadura el gen de la interleucina 2 (IL­2), una citoquina de gran valor terapéutico. Pues bien, insertamos dicho gen a continuación del elemento genético de Flag. La levadura recombinante produce y secreta la proteína híbrida, que no se degrada. Por otro lado, el péptido Flag nos va a facilitar la tarea de purificar en un solo paso nuestra proteína de interés, por cromatografía de afinidad:

Se prepara una columna cromatográfica a base de un soporte sintético (como polipropileno) al que se une anticuerpo monoclonal específico frente al péptido Flag

Se hace pasar el extracto o sobrenadante de la cepa recombinante por la columna. La proteína híbrida que nos interesa queda retenida (al engarzarse con el anticuerpo), mientras que las restantes pasan de largo.

Para eluir la proteína recombinante, se lava la columna con un tampón bajo en calcio.

Aunque la IL­2 recombinante provista de los 8 aminoácidos de Flag en su extremo N­terminal es funcional, las autoridades sanitarias obligan a eliminar ese péptido, cosa que se hace tratando el híbrido con una proteasa específica (enteroquinasa intestinal bovina).

Esto último nos ilustra el principio de que para satisfacer los estándares de seguridad y calidad, las proteínas recombinantes logradas como híbridos deben ser despojadas de las porciones del elemento de fusión. Por ello, los elementos de fusión suelen ser secuencias reconocidas por proteasas específicas que cortan en la juntura entre dicho elemento y la proteína de interés, sin atacar a esta.

1.3 Manipulación de factores que afectan a la traducción

Como se sabe, no todos los ARNm se traducen con la misma eficiencia. Uno de los factores que condicionan esta eficacia diferencial es la presencia, al comienzo del

ARNm, de una secuencia (de 6 a 8 bases) que se puede emparejar con otra secuencia complementaria situada en el extremo 3’ del ARNr 16S. Así pues, el ARNm, para que sea traducido bien debe contar con este sitio de unión al ribosoma (RBS en siglas inglesas, también conocido como secuencia de Shine­Dalgarno), que suele consistir en 5’­UAAGGAGG­3’. Por esta razón, muchos vectores de expresión en E. coli se han diseñado para dotar al gen clonado de una secuencia de este tipo, con objeto de que su ARNm se traduzca eficientemente. Aparte de esto, hay que tener presente otras consideraciones:

Debe existir una cierta distancia (en torno a 8 bases) entre la secuencia de Shine­Dalgarno y el codón AUG que señala el comienzo de la traducción

El segmento inicial del ADN que contiene la secuencia de Shine­Dalgarno y los primeros codones del gen clonado debe ser tal que, una vez transcrito, el ARN no forme emparejamientos intracatenarios. Es decir, a nivel de ARN ese segmento debe de carecer de la capacidad de formar estructuras secundarias en horquillas, que dificultan el acceso de los ribosomas.

Otro factor que puede condicionar la eficiencia de traducción deriva del hecho de que nuestro gen de elección tenga un “sesgo de codones” diferente al del organismo huésped, es decir, tenga abundantes codones para los que el anfitrión no disponga de suficiente nivel de los correspondientes ARNt. (Por ejemplo, de los cuatro codones para Gly, el GGA se usa poco en E. coli, pero mucho en humanos; por lo tanto, si queremos expresar un gen humano con abundantes codones GGA en esta bacteria, nos podemos encontrar que la traducción es poco eficiente, debido a la escasez de ARNt que reconozca este triplete). Cuando se nos presenta un problema de este tipo de sesgo de uso de codones, lo único que podemos hacer (aunque suele ser complicado) es sintetizar en laboratorio una versión sinónima de nuestro gen en la que los codones estén “optimizados” al uso del huésped.

1.4 Mejora de la estabilidad de la proteína

Cada proteína tiene una vida media típica, que puede ser de unos pocos minutos o de varias horas. A tal estabilidad colabora la presencia de puentes disulfuro y de ciertos aminoácidos en el extremo N­terminal. A menudo la simple modificación que añade un determinado aminoácido a ese extremo de una proteína a expresar es suficiente para conferirle una mayor estabilidad. Por supuesto, las proteínas de gran vida media se acumulan en la célula, y por lo tanto aumentan los rendimientos del producto recuperado.

1.5 Resolución de los problemas de los vectores multicopia

Muchos vectores derivan de plásmidos de control relajado: los derivados de ColE1 tienen de 15 a 60 copias. La serie pUC llega a presentar varios cientos de copias por célula. Los derivados p15A están en unas 15 copias. En ausencia de presión selectiva se pierden (10­5­10­6 por generación) como resultado de multimerización. Pero cuando se clonan genes cuyos productos son tóxicos u originan una gran carga metabólica, o cuando las células se cultivan en continuo a altas densidades, las pérdidas son mucho

mayores. El uso de antibióticos para mantener la presión selectiva presenta desventajas, entre ellas la contaminación del producto o la biomasa con el antibiótico. Se han diseñado alternativas a esto, entre ellas el uso de plásmidos que ocasionan la muerte celular al perderese. Pero tienen el inconveniente de que introducen restricciones en el diseño de los medios de cultivo e introducen carga metabólica adicional. Para saltar estas desventajas, se ha diseñado el siguiente sistema:

Cepa huésped con un gen cromosómico condicionalmente esencial bajo el control del promotor­operador de lac

Un plásmido acompañante multicopia que lleva el operador de lac

La titulación (secuestro mayoritario) del represor LacI por los numerosos operadores de lac origina la expresión del gen cromosómico (de resistencia a kanamicina) y el crecimiento selectivo de células portadoras del plásmido en medio con el antibiótico.

En muchos casos es deseable y más rentable una producción no demasiado alto, aunque estable. Para elo se puede intentar recurrir a vectores con menos copias o a integración cromosómica.

1.5.1 Plásmidos de mediano número de copias

Los plásmidos de medio número de copias tienen entre 5 y 20 por célula. Se han construido vectores a partir de varios plásmidos naturales:

RK2 (del grupo IncP). De amplio espectro, son de control estricto, autotransmisibles y presentan entre 10­15 copias por cromosoma. Los miniplásmidos derivados de RK2 se han mostrado estables durante 200 generaciones en algunos pseudomonas en ausencia de presión selectiva, pero pueden ser mucho menos estables en otras bacterias.

RSF1010 (grupo IncQ). De amplio espectro, autotransmisibles, presentan unas 20 copias por célula.

1.5.2 Plásmidos de bajo número de copias

Tienen entre 1­5 copias por célula. Se ha construido un vector derivado de F, que presenta las siguientes características:

9 kb de F con elementos necesarios para la replicación y la estabilidad segregacional:

Los orígenes oriV, oriS aseguran replicación específica del ciclo celular,

el locus de reparto permite ese reparto equitativo a células hijas,

el gen repD recombina los dímeros hasta monómeros

los genes ccd matan cualquier segregante que pierda el plásmido.

Módulo de clonación para la expresión:

Promotor de araBAD y gen araC para una expresión inducible por arabinosa

Sitio de clonación múltiple

Terminadores de transcripción

Este plásmido es estable en ausencia de presión selectiva, tiene una expresión génica bien controlada e impone una pequeña carga metabólica.

1.5.3 Integración cromosómica

A menudo es mejor intentar expresar el gen a clonar desde una localización estable en el cromosoma del huésped, evitando que se replique por medio de plásmidos. Una vez insertado en el cromosoma, el gen puede quedar allí de forma estable durante muchísimas generaciones sin necesidad de recurrir a presión selectiva.

La integración debe lograrse en un sitio del cromosoma que no sea esencial. Para que nuestro gen se integre en determinado sitio del huésped, debemos hacer una construcción genética en la que el gen vaya unido a secuencias homólogas del huésped, con objeto de favorecer la recombinación. Veamos un resumen de método para clonar genes por integración en cromosoma:

1. Hay que identificar un sitio adecuado para la integración (o sea, un lugar que sepamos que al romperlo no vamos a afectar las funciones celulares normales).

2. Aislamos y clonamos todo o parte de ese sitio cromosómico. 3. Asociamos nuestro gen favorito (provisto de un promotor regulable) al sitio

clonado para la integración. Esto lo podemos hacer de dos modos: a. Nuestro gen lo hemos insertado “dentro” del sitio de integración

clonado, por lo que tendremos un “sandwich” de dos trozos del sitio de integración enmarcando a nuestro gen

b. Insertamos nuestro gen de modo adyacente al ADN clonado de integración

4. Transferimos nuestra construcción genética a las células huéspedes. Para ello la construcción genética va formando parte de un plásmido que no puede replicarse en el huésped (vector “suicida”).

5. Se aplica la presión selectiva que permita recuperar y multiplicar los transformantes buscados. Obviamente, con estas condiciones, la propagación del gen clonado sólo tiene lugar si se ha integrado en el ADN cromosómico de las células.

Si hemos hecho la transformación usando un plásmido que lleva el gen interrumpiendo el sitio de integración clonado [caso a) de la fase 3) citada arriba], los dos segmentos separados de ADN del sitio de integración suministran sendos lugares de homología

respecto del cromosoma, con lo que se puede producir un doble sobrecruzamiento que lleva a la integración de nuestro gen.

Si hemos transformado con el plásmido en el que nuestro gen está adyacente al ADN clonado del sitio de integración (caso b), un simple sobrecruzamiento entre este y la región homóloga del cromosoma conduce a la integración de todo el plásmido, incluyendo nuestro gen de interés.

Otra manera de lograr inserciones en lugares cromosómicos predeterminados es mediante un sistema en dos pasos que se ha ensayado con éxito en Bacillus subtilis:

1. insertamos un gen marcador de resistencia a antibióticos en un lugar no esencial del cromosoma (empleando la lógica que hemos descrito más arriba, en la que el gen interrumpe secuencias del huésped previamente clonadas), seleccionando transformantes resistentes a ese antibiótico.

2. ahora transformamos con un segundo plásmido “suicida” en el que tenemos a nuestro gen interrumpiendo las mismas secuencias clonadas del huésped usadas en la fase 1). Un doble entrecruzamiento entre dichas secuencias y las homólogas del huésped nos elimina el gen marcador mientras que nos inserta nuestro gen.

Si repetimos la anterior, pero usando en cada caso secuencias clonadas diferentes del hospedador, lo que obtenemos es una cepa que lleva varias copias de nuestro gen insertadas en diferentes lugares del cromosoma.

1.6 Carga metabólica

Ya antes hemos aludido a los efectos negativos de carga metabólica que suele acarrear la introducción y expresión de ADN foráneo en el organismo huésped. Esto se puede deber a una variedad de factores:

Gran número de copias o gran tamaño del vector

Limitación de oxígeno disuelto en el medio

La gran producción de la proteína foránea puede agotar las reservas de ciertos aminoacil­ARNt (e incluso de ciertos aminoácidos) y drenar a la célula de su energía

Si la proteína del gen clonado se expresa a alto nivel y se exporta desde el citoplasma hasta la membrana o el periplasma, puede producir “atascos” en los sitios de exportación, con lo que dificulta la localización correcta de proteínas del huésped.

Las propias proteínas foráneas pueden tener efectos negativos interfiriendo con el huésped, generando efectos tóxicos, etc.

Con un buen diseño experimental, se pueden disminuir los efectos de la carga metabólica, mejorando los rendimientos de proteína recombinante y mejorando la estabilidad de las células transformadas. Por ejemplo:

Muchas veces es mejor usar un vector de bajo número de copias, e incluso no emplear plásmidos, sino sistemas de integración cromosómica de nuestro gen (véase la sección que dedicamos a esta cuestión)

Usar promotores fuertes pero regulables, de modo que durante la mayor parte del crecimiento tengamos a nuestro gen “desconectado”, pero que lo induzcamos o desreprimamos al llegar el cultivo a cierta densidad celular

Siempre que sea posible, adaptar los codones de nuestro gen al sesgo peculiar de uso de codones de nuestro huésped. Ello puede suponer tener que construir un gen “sintético” que sea sinónimo del original, pero adaptado al huésped.

Para evitar los problemas de falta de disposición de oxígeno, se ha diseñado un sistema en el que se expresa la hemoglobina de Vitreoscilla en E. coli, lo que incrementa la concentración de ribosomas y ARNt al final de una fermentación de 30 horas.

Al final de cuentas, y de cara a la producción industrial, es mejor el rendimiento que se logra con un huésped que produce un modesto 5% de proteína foránea pero que puede alcanzar densidades en el fermentador de 40 g de peso seco por litro, que el que se lograría con un 15% de eficiencia en proteína foránea pero con una densidad de solo 10 g de peso seco de biomasa por litro.

2. Ingeniería genética de levaduras

2.1 Aspectos generales

La clonación en bacterias ha permitido obtener a escala industrial algunas proteínas recombinantes, especialmente de interés terapéutico. Sin embargo, no siempre las proteínas de origen eucariótico se producen adecuadamente en huéspedes procarióticos, ya que a menudo son inestables o carecen de actividad biológica. Por otro lado las proteínas recombinantes obtenidas en bacterias, a pesar de haber sido cuidadosamente purificadas, pueden venir acompañadas de pequeñas cantidades de sustancias bacterianas contaminantes, que pueden tener efectos pirogénicos (inducción de fiebre). Por todas estas razones, la ingeniería genética ha desarrollado otros sistemas, principalmente eucarióticos, que salven al menos algunos de estos obstáculos. En este sentido, las levaduras presentan una serie de ventajas:

Son eucariotas, y por lo tanto más semejantes a las células de los organismos superiores que los procariotas (por ejemplo, sus mecanismos de secreción)

A diferencia de las bacterias, producen cierto tipo de modificaciones postraduccionales en las proteínas (glucosilaciones en ciertos aminoácidos, eliminación de la metionina inicial, rotura proteolítica de un precursor inactivo, etc.), lo que puede hacer que las proteínas heterólogas de organismos superiores puedan alcanzar su actividad biológica (aunque esto no siempre está garantizado)

A semejanza de ciertas bacterias, la levadura Saccharomyces cerevisiae es muy

fácil de manejar con métodos microbiológicos

S. cerevisiae está muy bien estudiada al nivel genético y molecular. No sólo se puede realizar genética clásica (mutagénesis y recombinación meiótica, alternancia de ciclo haploide y diploide), sino que cuenta con herramientas avanzadas de ingeniería genética, y su genoma se secuenció totalmente en 1996

Desde hace decenios, las levaduras se cultivan a escala industrial, y participan en multitud de procesos biotecnológicos. Además, cuenta con la calificación oficial de “organismo reconocido como seguro” (GRAS), indispensable para poder usarlo en obtención de sustancias para consumo humano

Por todo ello, las levaduras son los huéspedes eucarióticos de clonación más fáciles de usar, y una buena alternativa para intentar la producción industrial de proteínas de interés. (Sin embargo, debido a que las levaduras poseen un sistema de splicing diferente y menos efectivo que el de eucariotas superiores, si queremos expresar estos genes, hay que recurrir no a la versión genómica, sino al ADNc tras retrocopia del correspondiente ARNm maduro).

Existen varios métodos artificiales para introducir ADN exógeno en levaduras:

Obteniendo protoplastos en medio hipertónico y mezclándolos con el ADN en presencia de una sustancia fusogénica como el polietilenglicol (PEG)

Tratando células completas con sales de litio, seguido de mezcla con PEG y ADN, con choque térmico para estimular la transformación

Por electroporación: el ADN entra en las células tratadas con cortos pulsos de corriente eléctrica.

Igualmente existe multitud de tipos diferentes de vectores, cada uno con una serie de características apropiadas para fines concretos. En general, los vectores de levadura, aparte de secuencias de levadura, contienen también secuencias de vectores bacterianos, previstas para su amplificación y manejo sobre todo en E. coli. Por esta razón se suelen calificar como vectores bifuncionales o “lanzadera” (porque permiten pasar del huésped bacteriano a la levadura, y viceversa). Daremos solo una breve lista de las principales clases de vectores y sus rasgos más notables:

Vectores integrativos (YIp): suelen contener un gen silvestre de levadura, lo que permite que el vector se inserte, por recombinación homóloga, con secuencias homólogas de la levadura huésped. No se suelen emplear para la expresión de genes heterólogos

Vectores de replicación autónoma basada en componentes cromosómicos (YRp)

Vectores con secuencias de replicación autónoma (ARS): suelen ser vectores inestables, por lo que no tienen interés industrial

Vectores YCp con ARS y secuencias centroméricas (CEN): al disponer de

secuencias de centrómeros de levadura, se segregan mejor a las células hijas, por lo que son más estables, aunque se siguen perdiendo poco a poco, por lo que tampoco son demasiado útiles para la expresión a escala industrial

Cromosomas artificiales de levadura (YAC): son vectores que cuentan con una secuencia ARS, una secuencia CEN y dos secuencias teloméricas (TEL). Están previstos para insertar grandes trozos de ADN (de más de 100 kb). No se usan como vectores de expresión, sino como vectores de gran capacidad a la hora de generar genotecas de organismos complejos y preparar la secuenciación (por ejemplo, los llamados megaYACs han sido muy útiles en el Proyecto Genoma Humano).

Vectores basados en el círculo de 2 m de levadura: se trata de vectores que se aprovechan de un plásmido natural de S. cerevisiae, conocido simplemente como círculo de 2 m (por su tamaño). Es un plásmido críptico (no codifica funciones fenotípicas aparte de su propia replicación) existente en algunas cepas (cepas cir+) que se encuentra en unas 50 a 100 copias en el núcleo, constituyendo una especie de minicromosoma estable. Los vectores incorporan algunas de las secuencias del 2 m implicadas en su replicación y mantenimiento.

La manipulación genética de S. cerevisiae ha permitido obtener moléculas y procesos de gran interés comercial, sobre todo en el ámbito clínico.

2.2 Sistemas de expresión en Saccharomyces cerevisiae

2.2.1 Expresión directa (sin secreción)

Veamos un ejemplo que ilustre algunos aspectos de cómo lograr expresión directa (sin excreción al medio) de un gen heterólogo eucariótico, el ADNc de la superóxido dismutasa humana citoplásmica que requiere cobre y zinc (Cu/Zn­SOD). Se fabricó un plásmido “lanzadera” con las siguientes características:

Secuencias para manejo en E. coli: un gen de resistencia a ampicilina (ApR) y un origen de replicación derivado de pBR322

Un gen para seleccionar transformantes en levadura: el gen LEU2, de modo que cuando el plásmido entra en una determinada cepa auxotrofa leu2, la convierte en prototrofa (crece en medio mínimo carente de leucina)

Secuencias derivadas del círculo de 2 m, para la replicación del plásmido en S. cerevisiae

El ADNc de nuestro gen (el de la Cu/Zn­SOD), “emparedado” entre secuencias para el comienzo y el término de la transcripción en levadura. En esta ocasión se escogieron secuencias señalizadoras procedentes del gen GAPD (gliceraldehido­fosfato deshidrogenasa) de la propia levadura. Hay que tener en cuenta que los “promotores” de levadura son diferentes a los procarióticos, e incluyen secuencias

activadoras a cierta distancia de la porción codificadora. Estas secuencias, llamadas a menudo UAS (“upstream activating sequences”) se parecen funcionalmente a los potenciadores o intensificadores (“enhancers”) de los eucariotas superiores.

Cuando se transformó una levadura leu2 con este plásmido, se aislaron transformantes prototrofos en medio mínimo. Como el promotor del gen GAPD es constitutivo, la proteína humana de Cu/Zn­SOD se expresaba continuamente, a grandes niveles. Además, la levadura había realizado una modificación similar a las de la proteína nativa de humanos, la acetilación en el grupo amino de la alanina N­terminal.

La mayoría de vectores de expresión actuales recurre, sin embargo, a promotores de genes inducibles, como los de la respuesta al choque térmico, o el GAL1 y el GAL10 que se inducen 1000 veces en presencia de galactosa.

2.2.2 Expresión y secreción

Si la proteína que queremos expresar debe ir glucosilada, el gen debe clonarse de modo que el producto se secrete, ya que en levaduras solamente las proteínas secretadas son modificadas de esta manera. Para ello, debemos unir al lado 5’ de nuestro gen las secuencias responsables del procesamiento y secreción del factor de la levadura (el factor es una especie de “feromona” para el cruce entre células haploides de sexos opuestos). De este modo, la proteína de fusión es reconocida por el sistema de transporte y secreción de S. cerevisiae, de modo que se corta el péptido señal del precursor del factor (llamado pre­pro­ ), y se excreta la proteína recombinante al medio. Este fue el sistema que permitió expresar y secretar en levadura la hirudina, proteína anticoagulante de interés clínico procedente de la sanguijuela Hirudo medicinalis.

2.3 Sistemas de expresión en otras levaduras

Aunque, como hemos visto, ha habido éxitos en la expresión de proteínas en Saccharomyces cerevisiae, existe una serie de problemas a la hora de lograrlo a escala industrial:

En los grandes volúmenes del fermentador, existe una gran frecuencia de pérdida de los plásmidos, incluso cuando usamos promotores inducibles que solo se activan al final

La proteína heteróloga excretada suele tener un patrón de glucosilación diferente al de la original. Concretamente, existen oligosacáridos a base de más de 100 manosas, mientras que las proteínas naturales no suelen pasar de las 10 manosa por cada aminoácido modificado.

A veces, la proteína, en vez de secretarse, se queda en el espacio periplásmico.

Por todo ello, se ha intentado desarrollar sistemas de expresión en otras levaduras, como Kluyveromyces lactis, Pichia pastoris y Hansenula polimorpha.

P. pastoris se ha usado desde 1984 para producir unas 300 proteínas recombinantes. Es una levadura metilotrófica ascomicética que se usó durante un tiempo para producir proteína unicelular para piensos, en un proceso desarrollado por la empresa Phillips Petroleum. En los años 80, esta empresa transfirió a otra empresa californiana (SIBIA) su sistema de expresión genética, sistema que está disponible comercialmente para investigación a través de la compañía Invitrogen.

Las ventajas de este sistema son las siguientes:

Ventajas derivadas de las características metabólicas de esta levadura:

Gran preferencia por el metabolismo respiratorio, lo que permite cultivos más densos que otras levaduras

Modificaciones postraduccionales mejores que los de S. cerevisiae: procesamiento proteolítico, glucosilación y formación de puentes disulfuro

Altos rendimientos de proteína, normalmente superiores a los sistemas de baculovirus y de células de mamífero

Muy altos niveles de secreción de proteína heteróloga, con apenas secreción de proteína nativa

Sistema fácilmente escalable a escala industrial

Sistema más barato y más rápido que los de eucariotas superiores

El sistema original de expresión en P. pastoris está basado en el promotor de uno de los genes de la alcohol­oxidasa. La alcohol­oxidasa cataliza la primera reacción de la ruta de degradación del metanol, al oxidarlo hasta formaldehido y peróxido de hidrógeno. La reacción tiene lugar en el peroxima, orgánulo que secuestran el peróxido del resto de la célula. La alcohol­oxidasa tiene poca afinidad por el metanol, pero esto lo compensa esta levadura sintetizando grandes cantidades de la enzima, determinada por dos genes, AOX1, AOX2. El producto del primero representa más del 90% de la actividad total. El promotor de AOX1 está fuertemente regulado e inducido por metanol, pero está reprimido en otras condiciones, como hambre de carbono. La proteína representa hasta el 5% del total de proteína soluble durante la inducción con metanol. Por lo tanto, el promotor era un buen candidato para la expresión controlada de genes heterólogos: es posible cultivar la levadura recombinante durante la mayor parte del tiempo en una fuente de carbono no inductora como la glucosa o el glicerol; cuando se alcanza una densidad buena, se añade metanol para la inducción de la expresión del gen clonado. Este sistema, disponible comercialmente y de fácil uso, ha permitido expresar más de 400 tipos de proteínas, desde endostatina humana hasta proteína de tela de araña.

Veamos un ejemplo concreto: la producción de antígeno de superficie del virus de la hepatitis B:

Se clonó el gen del antígeno de superficie del virus de la hepatitis B (HBsAg) entre las señales de inicio y término de transcripción del gen AOX1 de P. pastoris.

Se diseñó un plásmido lanzadera previsto para la integración cromosómica de la construcción genética, y cuya porción de levadura consistía (en este orden):

Módulo de expresión promotor de AOX1­gen HBsAg­terminador de AOX1

Gen marcador HIS4 (para seleccionar transformantes en el auxotrofo his4)

Secuencias del gen AOX1 correspondientes a la porción no codificante distal (en 3’)

Con este plásmido se transformó una cepa auxotrofa his4. El diseño del vector es tal que, al carecer de secuencias de mantenimiento en la levadura, la única manera de que se originen los transformantes es por recombinación. Un doble entrecruzamiento por recombinación homóloga en el que, por un extremo participen las secuencias de promotor, y por el otro las secuencias en 3’ del gen AOX1 significa la integración del módulo levadura del plásmido, incluyendo el gen silvestre HIS4 y la construcción de expresión con el gen de HBsAg, pero con ello “interrumpimos” el gen AOX1 silvestre. La selección de este evento se hace en:

medio mínimo sin histidina, para seleccionar la integración del gen HIS4

con metanol: las colonias que han integrado el módulo y que inactivan el gen AOX1 endógeno crecen lentamente en metanol (porque tienen otro el otro gen, menos efectivo, AOX2)

Estos transformantes, cuando se crecen en metanol, sintetizan grandes cantidades del antígeno del virus de la hepatitis B, que se queda en el citoplasma. Un clon transformante llegó a producir el equivalente a casi 10 millones de dosis de vacuna cuando se cultivó en un recipiente de 240 litros. Además, la construcción genética era estable durante al menos varios días de cultivo.

A pesar de lo anterior, este sistema de expresión presenta ciertas limitaciones, algunas de las cuales se están resolviendo en los últimos años:

1. El metanol que se necesita para la inducción supone cierto riesgo de fuego y puede no ser adecuado para producir proteínas alimentarias. Por lo tanto, se necesitan promotores fuertes que no necesiten metanol para su inducción. Ya se cuenta con algunos:

a. Promotor del gen de la gliceraldehido­3­fosfato deshidrogenasa (GAP). Suministra un alto nivel constitutivo de expresión en glucosa o glicerol. El inconveniente es que al ser constitutivo, puede no ser adecuado para expresar proteínas que supongan efectos negativos para el hospedador.

b. Promotor del gen FLD1 de P. pastoris, codificador de una glutatión­deshidrogensasa dependiente de formaldehido. Se puede inducir por

metanol o por metilamina (una fuente inocua de N) en medios con glucosa. Los niveles inducidos de expresión con este promotor son parecidos a los del gen AOX1 en metanol.

2. Se necesitan promotores de expresión moderada. Algunos ejemplos: a. Del gen PEX8, que codifica una proteína de biogénesis del peroxisoma.

Suministra expresión a bajo nivel sobre glucosa, y se induce moderadamente (unas 10 veces) cuando las células se pasan a metanol.

b. Del gen YPT1: confiere expresión baja pero constitutiva en glucosa, metanol o manitol

3. Otra limitación era la carencia de más genes marcadores para seleccionar los recombinantes. Hasta hace poco, solo se disponía de HIS4, ARG4 y Sh ble (resistencia al antibiótico zeocina). Ahora contamos con otros marcadores: ADE1, URA3.

Otros sistemas de expresión en otras levaduras:

Levaduras metilotróficas:

Candida boidinii

Hansenula polymorpha

Pichia methanolica

Levaduras que usan lactosa: Kluyveromyces lactis

Levaduras usadoras de alcanos y de ácidos grasos: Yarrowia lipolytica

3. Sistemas de expresión de baculovirus

Los baculovirus son un tipo de virus que infectan artrópodos, especialmente insectos. Durante su infección, las partículas virásicas se empaquetan en unos grupos llamados cuerpos poliédricos, que son cuerpos de inclusión localizados en el núcleo celular, compuestos mayoritariamente de la proteína poliedrina. La poliedrina se sintetiza en grandes cantidades al final del ciclo infectivo, pudiendo llegar a suponer el 50% del total proteico de la célula.

El genoma de los baculovirus consta de una molécula circular de ADN de c.d., de un tamaño de entre 88 y 200 kb. Aunque los poliedros se necesitan para la infección, no se requieren para mantener el cultivo celular infectado. Por lo tanto, el gen de la poliedrina es dispensable y puede hacerse hueco en esa parte del genoma para manipulación genética. Como el genoma es demasiado grande para manupular directamente, se recurre a lo siguiente:

El ADN heterólogo se inserta en un vector intermedio llamado de transferencia, sin capacidad infectiva, que es un vector con secuencias de E. coli (para hacer las manipulaciones fácilmente en la bacteria), y que lleva el eficiente promotor de la

poliedrina, tras el cual se inserta el gen de interés.

Se co­transfectan células de insecto con el vector que lleva el ADN clonado y con ADN virásico no recombinante.

Tiene lugar la recombinación in vivo entre el vector de transferencia y secuencias del genoma virásico, con lo que se generan genomas recombinantes que se pueden seleccionar y uar para producir la proteína de interés.

Presentan las ventajas de que las proteínas foráneas se expresan a alto nivel, experimentando modificaciones postraduccionales similares a las de mamíferos. El coste de producción es superior al de levaduras, pero menor al de usar células de mamíferos

Se ha logrado adaptar líneas celulares de insectos a algunos de los requerimientos habituales de la producción a gran escala, incluyendo la resistencia a la agitación de los fermentadores

Hoy día ya se pueden usar cultivos de células de insectos en biorreactores parecidos a los empleados con los microorganismos

Se han hecho avances en diseño de medios de cultivo más sencillos y baratos, que no necesitan suero. Todo ello permite el escalado, esencial para la producción de grandes cantidades de proteínas terapéuticas recombinantes

Una de las aplicaciones más importantes de los baculovirus derivados de cultivos de células de insectos es su uso como insecticidas biológicos selectivos y seguros, que se emplean sobre todo en lucha biológica e integrada frente a plagas que afectan a bosques

4. Ingeniería de proteínas

La ingeniería de proteínas es uno de los ámbitos más novedosos y prometedores de la ingeniería genética. Mediante este conjunto de técnicas se alteran genes de modos racionales para modificar la estructura de proteínas. Una de las modalidades es realizar mutagénesis in vitro sobre el ADN clonado, introduciendo mutaciones puntuales en sitios predeterminados, deleciones, etc. Si estas técnicas se unen al mayor conocimiento de la estructura y función de las proteínas, se puede uno dirigir a alterar aminoácidos concretos que afectan a propiedades fisicoquímicas o alostéricas. Se puede, p. ej., lograr modificar el estatus nutricional de las proteínas, o aumentar su estabilidad ante condiciones de pH, temperatura, etc.

INGENIERÍA METABÓLICA

Definición de ingeniería metabólica:

Manipulación de los procesos metabólicos mediante tecnología recombinante con el objetivo de mejorar las propiedades de los microorganismos.

Mejora dirigida de las propiedades celulares mediante I.G. para modificar o introducir nuevas reacciones bioquímicas específicas.

Alteración racional y dirigida de las rutas metabólicas de un organismo para mejor comprender y utilizar las rutas celulares en transformaciones (conversiones), transducción de energía y ensamblaje supramolecular.

Es un campo interdisciplinario que usa principios y técnicas de varios ámbitos: ciencias computacionales, genética, bioquímica, ciencia de los sistemas, biología celular y molecular, ingeniería bioquímica. El interés estriba en redirigir los flujos metabólicos para objetivos industriales y médicos.

Incrementar productividad del proceso (ej., producción de antibióticos)

Incrementar la producción de precursores biosintéticos o polímeros

Ampliar capacidades metabólicas añadiendo actividades extrínsecas.

Hasta hace poco, esto se hacía de modo empírico, por ensayo y error (rondas sucesivas de mutagénesis y rastreo o selección de mutantes).

2. Ejemplos de ingeniería metabólica tradicional

2.1 Reducción de acetato en E. coli para lograr gran producción de proteínas recombinantes

El problema técnico de la acumulación de acetato en cultivos densos de E. coli en los biorreactores, que tiene efectos negativos sobre la producción de proteínas recombinantes.

Una aproximación obvia es la destrucción o eliminación de la porción de la ruta que conduce desde el nodo de acetil­CoA a la formación de acetato.

Otro enfoque es un mejor control de la captación de fuente de C para reducir la acumulación de piruvato o acetil­CoA

Creación de una nueva ruta que encaje en las rutas glucolíticas preexistentes introduciendo genes que codifiquen enzimas apropiadas.

Dos enfoques usados para modular la captación de glucosa:

Metil­ ­glucósido (MG), un análogo de la glucosa que entra por el mismo sistema PTS, no tóxico, metabólicamente inerte, inhibidor competitivo de la E­IIglc. La adición de MG redujo la acumulación de acetato en el fermentador.

Basándose en estos estudios, se construyó una raza manipulada que tenía baja formación de acetato a través de la modificación de la tasa de captación de glucosa. La cepa tenía una mutación en el gen ptsG, que codifica la PEP:PTS. La producción de proteína recombinante aumentó 50%

Redirección del flujo de C hacia subproductos menos inhibitorios: expresión heteróloga del gen de la acetolactato sintasa (ALS) de B. subtilis, cuyo producto convierte piruvato en acetoína. Se escogió el punto de ramificación del piruvato debido a su posición central de punto de redirección de flujo. La expresión heteróloga de ALS modificó drásticamente los flujos glucolíticos: el nivel de acetato excretado se redujo drásticamente, siempre por debajo de su nivel tóxico, mientras que la acetoína es 50 veces menos tóxica. No se afectaron la tasa de crecimiento específica ni los rendimientos celulares.

Eliminación de enzimas críticas implicadas directamente en la formación de acetato, específicamente la ruta acetato quinasa­fosfotransacetilasa (ack­pta). La destrucción de esta ruta originó bajos niveles de acetato a expensas de la aptitud celular, debido a que la ruta de la LDH a partir del piruvato se hace mucho más competitiva.

2.2 Ingeniería metabólica en bacterias del ácido láctico

Las BAL homofermentativas tienen un metabolismos relativamente sencillo enfocado a la rápida conversión de azúcar en láctico, y carente de muchas capacidades biosintéticas. Poseen un elaborado sistema proteolítico centrado en la rotura completa de proteínas en aminoácidos, que son captados u usados en biosíntesis. No hay casi solapamiento entre el catabolismo del C y el metabolismo biosintético del N, lo que las hace objetivos ideales de la ingeniería metabólica: cada metabolismo puede ser modificado sustancialmente sin influir en el otro en la medida en que no se altere la generación de energía ni la biosíntesis de material celular.

El metabolismos homofermentativo se caracteriza por altas tasas metabólicas, logradas principalmente por la muy alta actividad de LDH, que regenera NAD. Ha sido muy fácil redirigir los flujos metabólicos hacia la producción de otros metabolitos.

2.2.1 Inactivación de la LDH

Se sabe que ciertas condiciones se reduce la formación de láctico y aumenta la de ciertas sustancias, algunas de las cuales (acético, fórmico, acetoína, acetaldehido, diacetilo) contribuyen a las cualidades organolépeticas de las leches fermentadas:

Poco metabolismo de azúcar, con sustratos como galactosa o limitación de azúcar

Alta aireación

Estas condiciones provocan una baja actividad LDH o bajos niveles de NADH.

En Lactococcus lactis el gen ldh se inactivó por integración de plásmido. La cepa mutante tenía una fermentación mixta en anaerobiosis, produciendo acético,

fórmico, acetoína y etanol, y una fermentación casi homoacetoínica en aerobiosis.

Algo parecido en Lactobacillus plantarum, aunque fue más complicado porque esta bacteria posee dos LDH (para D­ y L­láctico)

En ambas bacterias la producción de etanol se mejoró más clonando los genes de Zymomonas mobilis, una bacteria muy eficiente en formación de etanol: la clonación de los genes pdc­adh (piruvato descarboxilasa y alcohol deshidrogenasa) en los mutantes ldh con LDH inactivada originó un 2% de etanol.

2.2.2 Oxidación de NADH

Superexpresión de NADH­oxidasa (NOX). Se clonó el gen nox de Streptococcus mutans bajo el control del promotor de nisA inducible por nisina en L. lactis, y la adición de cantidades subhinibitorias de nisina.

2.2.3 Producción de diacetilo

El aroma a mantequilla se debe al diacetilo, aunque se produce en pequeñas cantidades de modo natural. Hay un intermediario inestable, el ­acetolactato, que normalmente se convierte en acetoína (acetotolactato descarboxilasa, producto del gen ALDB). Se realizó un doble cambio: superexpresión del gen NOX (para bajar nivles de LSD) y disrupción integrativa del gene ALDB. La cepa resultante convertía más del 50% del azúcar en diacetilo. Esto es un buen ejemplo de cómo convertir BAL en factorías de compuestos para alimentación.

2.2.4 Producción de alanina

Superexpresión de alanina deshidrogenasa de Bacillus sphaericus en L. lactis originó la producción de alanina dependiente de amonio a partir de azúcar. Cuando la clonación se hizo en un mutante ldh el resultado fue espectacular: más del 99,5% del azúcar se convirtió en alanina. Si además se deleciona el gen de la alanina racemasa, se puede lograr convertir a esta bacteria en fábrica de L­alanina, que se usa como potenciador del sabor.

3. Ingeniería metabólica genómica y sus aplicaciones

Con la llegada de la I.G., se abre la perspectiva de hacerlo racionalmente y a voluntad, realizando cambios específicos en el genotipo que rindan fenotipos superiores previstos de antemano. Sin embargo, como dice Stephanopoulos, “existía una gran disparidad entre el poder de las herramientas genéticas actuales y la capacidad para analizar racionalmente las redes bioquímicas”. Desde comienzos de los años 90 toma cuerpo el nuevo enfoque de rediseño metabólico racional, estimulado por las aplicaciones comerciales potenciales y por el atractivo de sustituir procedimientos químicos por otros equivalentes biológicos.

El acercamiento ingenieril al análisis y diseño depende de tener un modelo matemático o computacional (simulador dinámico) del metabolismo, en la esperanza de que tal modelo se pueda usar luego en el diseño sistemático, por I.G., para lograr los cambios deseados. Tras los comienzos en los años 60, se llega en los 90 a la teoría de los sistemas bioquímicos (BST) y al análisis del control metabólico (MCA). Ambos métodos proporcionan cálculos sobre cómo los cambios en la concentración o en la actividad enzimática pueden llevar a cambios en los flujos metabólicos y en las concentraciones de metabolitos. Se ha visto que cambios sutiles en actividad de enzimas pueden lograr grandes cambios en los flujos. Igualmente se ha visto que las limitaciones de los flujos no suelen deberse a una sola enzima, lo que sugiere que las modificaciones genéticas deben ser amplias, incluso afectando a todos los genes de una ruta.

El deseo de tener modelos detallados dinámicos (cinéticos) del metabolismo elucidando el comportamiento sistémico de las redes metabólicas comienza a ser factible en la era postgenómica. Ahora tenemos la perspectiva de elaborar catálogos de partes de los componentes del metabolismo en razas concretas. A partir de esa información es posible reconstruir redes metabólicas a escala celular y recabar información sobre la estructura y estequiometría de la red y de sus reacciones. Se pueden pues construir modelos metabólicos a escala genómica.

La fisiología de las redes complejas como el metabolismo es una función de múltiples componentes que interaccionan. Por lo tanto, para comprender la función del metabolismo en tanto ligado a la fisiología celular global se necesita un enfoque holístico del estudio del metabolismo. Esa comprensión de la función sistémica de una red metabólica es obligatoria para el éxito del campo de la ingeniería metabólica.

El control del flujo metabólico es el objetivo primario de la ingeniería metabólica. El flujo metabólico se define como la tasa a la que el material se convierte vía reacciones y rutas metabólicas. Para ello debemos comprender los factores que influyen en el flujo. Una vez que uno entiende el flujo metabólico, se ha dado un paso hacia la comprensión del metabolismo celular, con lo que el ingeniero está en posición de alterar el genotipo de la célula en la esperanza de lograr el fenotipo deseado.

Objetivos:

1. Aumentar la producción de metabolitos demasiado caros de obtener por síntesis química o para introducir una nueva capacidad.

2. Organismos con nuevas capacidades catabólicas, de gran interés en aplicaciones ambientales o en microorganismos industriales que puedan crecer usando sustratos diferentes y más baratos para la obtención de vitaminas, aminoácidos, antibióticos, etc.

3. Propiedades celulares que sean beneficiosas en el proceso industrial: evitación de productos tóxicos como el acetato y desvío hacia productos menos tóxicos (etanol, acetolactato). Escherichia coli con compuestos portadores de oxígeno, lo que le permite mejorar en condiciones de limitación de oxígeno.

La ingeniería metabólica ya se hacía, pero se han logrado resultados inesperados cuando las enzimas se sobreexpresan o se reprimen. Lo impredecible de la respuesta

metabólica a las alteraciones genéticas se debe a la naturaleza multigénica de la función metabólica. Por lo tanto, no basta entender la función de una enzima o de una ruta aislada para describir la respuesta holística del sistema al cambio genético. Por lo tanto, para que la ingeniería metabólica se beneficie de la I.G. hace falta comprender las funciones multigénicas, y para ello necesitamos la genómica.

3.1 Genómica

Tras terminar un proyecto genoma, hay que identificar los genes o las ORFs, mediante:

Búsqueda por contenido

Búsqueda por señales

Métodos integrados

Estamos a punto de obtener catálogos completos de componentes de muchos organismos. La genómica funcional debe llevar al uso de esa información para analizar interpretar y predecir las funciones celulares resultantes de su actividad coordinada. La acción coordinada de múltiples genes y proteínas se puede considerar como un “circuito genético”, que es el conjunto de diferentes productos génicos que se requieren conjuntamente para ejecutar una función particular. Para comprender la naturaleza sistémica de las funciones celulares, cada gen debe estudiarse en relación con su contribución a la función celular global.

Actualmente los microorganismos suministran los mejores modelos para establecer métodos in silico para analizar, interpretar u predicir las relaciones genotipo­fenotipo. Una vez que se han completado las asignaciones de ORFs a genes metabólicos, se puede construir el mapa metabólico completo que representa la estequiometría de todas las reacciones metabólicas que tienen lugar en la célula.

3.2 Análisis de flujo metabólico

Con el subconjunto de genes que codifican las enzimas metabólicas se puede construir una red de reacciones metabólicas. Se puede escribir un balance de flujo para cada metabolito, y con el tiempo, en el estado estacionario, los flujos se deben equilibrar para evitar una acumulación significativa del metabolito en la red. La estequiometría de todas las reacciones de la red se puede representar por una matriz estequiométrica

S·v = 0

S es la matriz estequiométrica de m x n

m es el número total de metabolitos

n es el número de flujos metabólicos)

v es el vector de n flujos metabólicos

Típicamente el sistema está indeterminado donde m>n. Pero bajo ciertas condiciones algunas rutas no son operativas y se pueden obviar. El sistema se puede hacer totalmente determinado o supradeterminado y se puede resolver junto con las medidas de los flujos externos o internos. Los métodos no invasivos de análisis, como la RMN pueden proporcionar también información sobre la estructura de la red.

Para determinar el estado metabólico hay que resolver esa ecuación para los flujos metabólicos (v), lo que entonces indicará el estado metabólico de la célula bajo las condiciones definidas. La matriz S es el componente clave del análisis de flujo, y se puede derivar de la información genómica.

El sistema indeterminado origina un rango infinito de soluciones a la ecuación, pero las reales residen en un subconjunto llamado el set factible. Este se puede definir como las capacidades del genotipo metabólico de un organismo, puesto que define todas las distribuciones de flujo que se pueden lograr con un juego particular de genes metabólicos. El uso particular del genotipo metabólico bajo unas condiciones concretas se puede definir como fenotipo metabólico desplegado en esas condiciones.

3.3 Ejemplos de aplicaciones de análisis de balance de flujo

Resumiendo lo visto hasta ahora: la genómica nos suministra información sobre la estructura y contenido de la red metabólica de un organismo. A su vez, esto nos sirve para generar una matriz estequiométrica, definida por la asignación de las ORFs. Entonces, el análisis de balance flujo se puede emplear para explorar la capacidades teóricas de producción y aptitud general del genotipo metabólico.

Ejemplos de objetivos:

Eliminación de una enzima o su inhibición para eliminar una ruta que compite con la de interés

Eliminación de un subproducto tóxico

Amplificación de un gen o grupo de genes para mejorar la síntesis de un producto existente

Expresión de enzimas heterólogas para para extender el rango de sustratos, para producur una nueva sustancia, para lograr rutas de degradación de compuestos tóxicos

Desregulación de enzimas para relajar los mecanismos de control de un nodo rígido

Manipulación adicional de una ruta del metabolismo central para generar precursores, cofactores y energía necesarios para sostener a la ruta de interés modificada

Veamos algunas áreas de aplicación.

3.3.1 Deleciones génicas

El análisis de balance de flujo se puede emplear para interpretar y predecir los efectos fenotípicos de alteraciones en el genotipo, como las debidas a deleciones. Se puede hacer una predicción sobre si la deleción va a alterar negativamente la tasa de crecimiento o no va a tener influencia. La incapacidad de la red de absorber una alteración conduce inmediatamente a la requerimientos auxotróficos. Con ello podemos determinar los requerimientos auxotróficos que se necesitan en una cepa genéticamente alterada para encaminar los recursos metabólicos hacia rutas o reacciones particulares.

En un estudio in silico se investigó la relación entre el genotipo metabólico de cepas K.O. de E. coli y su fenotipo, recurriendo a todas las combinaciones posibles de deleciones sencillas, dobles y triples de los genes del metabolismo intermediario. Los productos génicos se clasificaron en varias categorías: esenciales, importantes, no esenciales y redundantes. Un buen número de genes parecían redundantes para el crecimiento en medio mínimo con glucosa. Los fenotipos previstos eran coherentes con los mutantes caracterizados experimentalmente.

Se puede investigar los cambios esperados en el enrutamiento metabólico cuando hay pérdida de función de un producto génico por deleciones génicas o por inhibición de su actividad. La red metabólica tiene la suficiente flexibilidad estequiométrica para redistribuir sus flujos metabólicos con pocos cambios en su capacidad para el aumento de biomasa, incluso cuando se pierden enzimas clave. Además, el análisis de flujo se puede usar para predecir los fenotipos metabólicos bajo difererentes condiciones de crecimiento, como sustrato o disponibilidad de oxígeno.

El análisis de flujo se puede combinar con técnicas recientes que examinan la expresión genética en una escala genómica. Aunque la relación entre el valor de flujo y los niveles de expresión génica es no linear, se puede obtener información cualitativa (on/off), así como la importancia relativa de los productos génicos bajo una determinada condición. Basándose en la magnitud de los flujos metabólicos, se pueden inferir evaluaciones cualitativas de la expresión génica. Estos se puede comparar con grupos de datos experimentales (arrays de oligonucleótidos). Ello se vio con la levadura: se observaron los cambios temporales en los perfiles de expresión génica durante el cambio diaúxico usando ESTs de todo el genoma.

3.3.2 Penicillium chrysogenum

Un modelo estequiométrico con este hongo consideró 61 flujos internos y la captación de glucosa, lactato, ­butirato y 21 aminoácidos. Puesto que se consideraron 49 metabolitos intracelulares y 82 flujos incluyendo tasas de captación, el número de grados de libertad fue 33. Se midieron 33 flujos, el mismo número que el de grados de libertad, incluyendo las tasas de captación de los sustratos mencionados y las tasas de formación de penicilina V y de 5 otros intermediarios clave. Se calculó el rendimiento máximo teórico de producción de penicilina para dos rutas diferentes de

biosíntesis de cisteína, una por sulhidrilación directa y otra por transulfuración. El estudio propuso que un incremento de 20% del rendimiento teórico máximo de penicilina V sobre glucosa era posible si la cisteína se sintetizaba por sulfhidrilación directa en lugar de por transulfuración.

4. Herramientas genéticas

Las herramientas genéticas ideales para la ingeniería metabólica deberían ser:

Promotores fuertes y con un control estricto y consistente en todas las células. Los promotores inducibles deberían responder de modo lineal a la cantidad de inductor

El sistema de control genético debería poder regular la expresión simultánea de múltiples genes aunque a diferentes niveles

El vector debería mantenerse indefinidamente en el huésped en ausencia de una gran presión selectiva

El vector y el sistema genético de regulación asociado deberían imponer el mínimo de carga metabólica en ausencia de expresión génica

(Véase artículo para ampliar estas ideas)

4.1 Vectores

Deberían tener estabilidad segregacional, al estilo de la que tienen los plásmidos F y P1

Deberían tener un número mínimo pero consistente de copias en todas las células del cultivo. La consistencia la logran plásmidos como el F, cuya replicación está coordinada con el ciclo celular

El vector debe poder albergar grandes fragmentos de ADN para poder clonar rutas completas. De nuevo parece que los sistemas mejores son los derivados del plásmido F

Encotrar vectores de amplio espectro de huéspedes

Se han diseñado vectores basados en el plásmido F. Tienen entre 1­5 copias por célula. Se ha construido un vector derivado de F, que presenta las siguientes características:

9 kb de F con elementos necesarios para la replicación y la estabilidad segregacional:

Los orígenes oriV, oriS aseguran replicación específica del ciclo celular,

el locus de reparto permite ese reparto equitativo a células hijas,

el gen repD recombina los dímeros hasta monómeros

los genes ccd matan cualquier segregante que pierda el plásmido

Gen bla para resistencia a ampicilina

Módulo de clonación para la expresión:

Promotor de araBAD y gen araC para una expresión inducible por arabinosa

Sitio de clonación múltiple

Terminadores de transcripción

Este plásmido es estable en ausencia de presión selectiva, tiene una expresión génica bien controlada e impone una pequeña carga metabólica.

4.2 Promotores

Para la mayoría de aplicaciones, necesitamos promotores fuertes y regulables

El nivel de expresión debería variar directamente y a ser posible linermente con la cantidad de inductor

Debería de poder inducido uniformemente cuando se estimule

Desgraciadamente, los promotores investigados, especialmente el de lac, muestran respuestas del tipo “todo o nada”, que se piensa se deben al acoplamiento de la expresión del gen que codifica el transportador para el inductor. Esto supone una mayor carga metabólica para las células que expresan los genes. La solución lógica es desacoplar el control del gen del transportador respecto del control del inductor, o eliminar el gen del transportador del inductor y usar análogos del inductor (como el IPTG) que difunden fácilmente a través de la membrana.

En otro lugar hemos hablado de los promotores más usados (lac, araBAD), a los que hay que sumar el Pm de la ruta meta de los y Pu de la ruta upper de los plásmidos TOL de Pseudomonas.

En última instancia, la ingeniería metabólica tendrá que intentar la expresión de diferentes genes a partir de diferentes promotores, y de hecho ya hay varios ejemplos de esta estrategia.

Biotecnología global, bioseguridad y biodiversidad

La primera oleada de avances en Ingeniería Genética estuvo limitada a los laboratorios de investigación y a las industrias de fermentación, que funcionan con circuitos cerrados, en los que el comportamiento de los organismos manipulados es relativamente fácil de vigilar, y para las que se emitieron una serie de regulaciones que han funcionado razonablemente bien (en la Unión Europea, la Directiva 90/219 sobre "Uso confinado de microorganismos modificados genéticamente"). Tras 20 años, no se ha producido ningún accidente ni se ha materializado ninguna amenaza a la seguridad de los trabajadores o del entorno.

A partir de los años 80, conforme los organismos genéticamente modificados (OGM) comenzaban a salir de los laboratorios, primero en pequeños ensayos de campo y, desde los años 90, con grandes liberaciones a escala comercial de plantas transgénicas, el debate sobre la seguridad de estos organismos se ha desplazado al ámbito de sus posibles repercusiones ambientales y además, en el caso de organismos destinados a alimentación, a posibles efectos negativos para la salud, como alergenicidad, toxicidad, etc. Dentro de las repercusiones ambientales, se ha acuñado el neologismo "bioseguridad" para referirse a las condiciones intrínsecas de los OGM y de su manejo que garanticen su inocuidad ambiental, y concretamente, que no interfieran negativamente con las especies silvestres o cultivadas.

Igualmente en los últimos años se viene hablando de la importancia que reviste la conservación y gestión de los recursos vivos del planeta ("biodiversidad") en relación con el progreso de la biotecnología. Y esto por una doble razón: por un lado, la diversidad biológica representa una gigantesca reserva de "oro verde" que en su mayor parte está inexplorada, y que en última instancia es la materia prima de los programas de investigación y desarrollo de buena parte de la biotecnología; y por otro lado (y no menos importante), porque los países ricos en biodiversidad, que suelen ser naciones en vías de desarrollo, tienen el legítimo interés de que la comunidad internacional valore sus recursos vivos, y que se vean compensados de un modo justo por su conservación y su disponibilidad para la humanidad.

2. Bioseguridad: racionalidades científicas confrontadas

La disputa científica sobre la evaluación de riesgos ambientales de los OGM se centra sobre todo alrededor de los efectos de la actual plantación masiva de plantas transgénicas. Según sus críticos, los peligros a evaluar en relación a potenciales amenazas a la biodiversidad se podrían centrar en los siguientes:

Posibilidad de que las plantas genéticamente modificadas (PGM), por efecto del nuevo material genético introducido, puedan modificar sus hábitos ecológicos, dispersándose e invadiendo ecosistemas, al modo de malas hierbas.

Posibilidad de transferencia horizontal del gen introducido, (p. ej., por medio del polen), desde la PGM a individuos de especies silvestres emparentadas que vivan en las cercanías del campo de cultivo, lo que podría conllevar la creación de híbridos que a su vez podrían adquirir efectos indeseados (invasividad, resistencia a plagas, incidencia negativa sobre otros organismos del ecosistema, etc).

En el caso de plantas Bt, que portan un gen bacteriano que las capacita para resistir

el ataque de larvas de insectos, un posible efecto indeseable sería que la toxicidad de la proteína Bt afectara también a insectos beneficiosos.

Teniendo en cuenta que ciertas manipulaciones recientes de plantas para hacerlas resistentes a enfermedades ocasionadas por virus implican la introducción de algún gen del virus en cuestión o de otros relacionados, cabría la posibilidad de recombinaciones genéticas productoras de nuevas versiones de virus patógenos para las plantas. La pregunta subyacente es si los genes virales introducidos podrían afectar a la constitución de las poblaciones silvestres de virus o a la epidemiología de ciertas enfermedades. Aunque en laboratorio se han descrito mecanismos por los que genes virales expresados en plantas pueden modificar el comportamiento de virus, es muy difícil evaluar el riesgo de los ensayos de campo, ya que se desconoce casi todo sobre la dinámica poblacional de los virus vegetales en la naturaleza.

Respecto de las plantas transgénicas resistentes a herbicidas, los ecologistas les achacan que inducirán un aumento del uso de estos agroquímicos. Pero el caso más en el candelero (las plantas resistentes al herbicida Roundup de Monsanto, cuyo componente activo es el glifosato) no tiene por qué ser así: Estas plantas están previstas para que el agricultor pueda eliminar malas hierbas empleando menos herbicida, y además, el glifosato no es tóxico para los animales superiores y se degrada por la microbiota del suelo. De hecho, el sistema está permitiendo un tipo de laboreo que conlleva conservar más la cubierta vegetal y el suelo, con lo que se produce menos erosión.

Una de las manipulaciones potencialmente más inquietantes es la que tiene por objeto convertir ciertas especies de peces destinados a piscifactorías en resistentes a bajas temperaturas o en inducirles un crecimiento y maduración más rápidos. En ambos casos los ecólogos temen que su escape accidental desde las instalaciones (cosa bastante probable en instalaciones comerciales normales) represente competencia con especies naturales, desplazándolas y eliminándolas de sus respectivos hábitats, debido a la ventaja adaptativa de los ejemplares manipulados. Igualmente, la hibridación entre los peces manipulados y sus parientes silvestres conduciría al empobrecimiento genético de las poblaciones naturales.

Más adelante se comentarán con cierto detalle estos riesgos potenciales, aludiendo a datos empíricos y experimentales y a opiniones de distintos tipos de especialistas.

Hay que decir que las plantas transgénicas aprobadas han pasado gran número de controles institucionales, tras numerosos ensayos de campo, que incluyen estudios toxicológicos y ecológicos. De hecho, el grado de escrutinio de estos productos no tiene precedente dentro de la industria agroalimentaria, y cabe la posibilidad de que si se aplicaran criterios tan estrictos a productos convencionales que consumimos, muchos no pasarían la prueba. Otra cosa es que los estudios realizados sean capaces de cubrir toda la gama posible de efectos a largo plazo, no descartables, por supuesto, pero de nuevo esto no es exclusivo de la tecnología genética.

El caso es que debido a la complejidad de la materia, hoy por hoy, es difícil realizar estudios completos sobre la seguridad ambiental a largo plazo de las PGM: es un ámbito nuevo que requiere mucha inversión, hay que controlar multitud de variables

(desde el nivel molecular al de genética de poblaciones y el ecológico), se requiere la colaboración entre distintos especialistas (a menudo con presupuestos cognitivos y epistemológicos opuestos) y pocos investigadores de vanguardia están dispuestos a trabajar en el tema, debido a lo poco gratificante de la empresa (normalmente se obtienen resultados negativos, que son poco espectaculares, y que no lucen una carrera profesional).

Una cuestión previa para responder a este cúmulo de interrogantes sería: ¿cuáles son las suposiciones o puntos de partida adecuados para evaluar los riesgos de la nueva biotecnología en el sector agronómico? Según algunos (Miller et al., 1995) esto conduce inexorablemente a preguntarse si existe algo intrínsecamente distinto o especial en la Ingeniería Genética que justifique que tenga que evaluarse aparte, recurriendo a un nuevo paradigma distinto del usado para calibrar los riesgos en otros casos. Durante los primeros años de aplicación de las técnicas de ADN recombinante, y bajo el "espíritu de Asilomar" que pedía cautela ante una tecnología nueva, se establecieron regulaciones específicas para los productos desarrollados por Ingeniería Genética. Como dice Muñoz (1996), esto supuso "un giro radical respecto a la cultura del riesgo que ha considerado tradicionalmente el riesgo tras los hechos. La noción clásica de riesgo se ha centrado en los productos peligrosos y ha prestado menor atención a las técnicas o procesos peligrosos". Pero conforme se comprobó la seguridad en los laboratorios que trabajaban con ADN recombinante, tras miles de experimentos, se fueron relajando las directrices. De hecho, informes de las altas agencias científicas norteamericanas (el NRC y la NAS) han concluido que no hay nada intrínsecamente peligroso en la Ingeniería Genética.

De acuerdo con esta conclusión, en los años recientes el énfasis evaluador se ha desplazado desde el escrutinio de la técnica en sí al de los productos obtenidos, independientemente de las herramientas empleadas. Según esto, el "consenso científico" que se está asumiendo en las políticas tecnológicas sobre la biotecnología por parte de las agencias reguladoras gubernamentales de los EE.UU. y, con más retraso, de la Unión Europea, proclama que no hay diferencias conceptuales significativas entre la seguridad ecológica o de otro tipo de las viejas técnicas de mejora genética y la nueva tecnología de manipulación genética in vitro. Este consenso se sustentaría tanto en datos empíricos (no hay nada biológicamente distinto en la expresión de genes transferidos por Ingeniería Genética a la de los transferidos con herramientas clásicas) como en extrapolaciones de principios científicos generales emanados de lo que conocemos sobre el mundo vivo y la evolución biológica. El corolario que se seguiría es que no se necesitan principios ni técnicas diferentes a los ya usados con anterioridad, a la hora de evaluar la seguridad ambiental de un organismo manipulado por Ingeniería Genética. Tanto si quisiéramos evaluar riesgos de este tipo de organismos, como si lo deseáramos hacer con organismos manipulados por métodos convencionales, o con organismos silvestres que se pretendan introducir en un hábitat o ecosistema distinto al suyo original, tendríamos que recurrir al mismo marco conceptual y metodológico. No tendríamos que someter una y otra vez a prueba la hipótesis de que el hecho de usar la nueva biotecnología genética altera las características asociadas a riesgos.

(En este sentido, véase Impactos ecológicos de las plantas de cultivo tradicionales, con datos empíricos que muestran cómo las cosechas tradicionales conllevan riesgos ecológicos, que se han llegado a plasmar en extinciones de especies silvestres, pérdida de identidad genética, creación de híbridos, incluyendo malas hierbas, etc.)

La conclusión de este enfoque es que los OGM deben regularse como cualquier otro organismo, a saber, en función del tipo de uso previsto (alimento, plaguicidas, etc.) y

de su riesgo intrínseco (en el caso de poseer características de toxicidad, patogenicidad, invasividad, etc.), incluyendo las previsibles interacciones con el entorno donde se pretende aplicar. En este sentido se han propuesto algoritmos (por ejemplo, el de Miller et al., 1995) o jerarquización de organismos (p. ej., Barton et al., 1997) que permitan clasificar cualquier tipo de entidad viva (manipulada por cualquier técnica o sin manipular) según su grado de riesgo potencial. De este modo, se suministraría una sólida base para la evaluación y gestión gubernativas de los riesgos. Por ejemplo, los organismos de los niveles inferiores de riesgo no necesitarían regulaciones estrictas, sino todo lo más notificación por parte del responsable de su liberación a la agencia supervisora correspondiente, mientras que los organismos de los niveles superiores de esa escala estarían sujetos a estrecha vigilancia. En casos en los que la combinación de gen, organismo huésped y ambiente se estime que presenta riesgos excesivos de posible dislocación ecológica, se procedería a su total prohibición. Como se puede comprobar, una clave de estas propuestas es la consideración de la experiencia acumulada ("familiaridad") con un determinado organismo en el pasado, matizada y ajustada por la modificación genética (en el caso de que la haya), y de los efectos pleiotrópicos y de interacción con el ambiente.

Por su interés, comentamos brevemente el estudio coordinado por Barton et al (1997) ya citado. Se trata del diseño de un método que depende de la estratificación de organismos en categorías de riesgo de ensayos de campo, de acuerdo con el juicio de un heterogéneo plantel de científicos agrónomos de varios países. Para ello se buscó el acuerdo sobre la ponderación de varios factores que determinan riesgo, calificando en cada caso con cifras entre 1 (menor riesgo) y 5 (mayor riesgo). Los factores evaluados para distintas plantas fueron:

riesgos para los humanos (p. ej., presencia o no de polen alergénico)

potencial de colonización (capacidad de conversión en maleza)

centro de origen: este factor es muy importante para la cuestión de la biodiversidad, como ya se comentó. Se tiene en cuenta si el cultivo se realiza en la zona geográfica donde tuvo la planta doméstica su origen, en cuyo caso la valoración de riesgo es mayor. Sin embargo, una planta que se propague sólo vegetativamente o sólo se autopolinice, presenta menos riesgos.relaciones ecológicas: aquí se evaluaban varias preocupaciones, como p. ej., posibilidad de transferir algún parásito, de cambiar interacciones con insectos, cambiar patrones de polinización, competencia con organismos indígenas beneficiosos, etc.potencial de cambio genético

gestión de riesgos

La reunión de expertos llegó a la conclusión de que la mayoría de plantas evaluadas tienen intrínsecamente bajo nivel de riesgo (valor medio 1), que en algunos casos sube a 2, sobre todo cuando se cultivan ciertas plantas cerca de los centros de origen (caso del arroz o la soja en el sureste asiático), y que el riesgo es una función principalmente de la característica del producto, y no del método de modificación genética. Sin embargo, se reconoce que estas conclusiones se refieren a ensayos de campo, y no se pueden extrapolar directamente al caso de grandes plantaciones comerciales.

Por lo tanto, el paradigma de evaluación de riesgos que se va imponiendo es uno basado en los productos y no en los procesos (ya no harían falta controles estrictos caso a caso de todas las pretendidas liberaciones de organismos que tienen una historia previa de comportamiento "seguro"). Este tipo de política ha sido bien recibida por la industria biotecnológica y agroalimentaria norteamericana, y se espera que dé más ímpetu a las aplicaciones comerciales. La legislación europea sigue rigiéndose en el momento actual por el paradigma de evaluación de la técnica "potencialmente peligrosa" (esta es la filosofía implícita de la Directiva 90/220 sobre "Liberación deliberada de organismos genéticamente modificados"), pero ante la presión de las empresas y el temor a perder la carrera tecnológica y comercial con los EEUU y Japón se está en camino de modificarla también en el sentido de evaluación de productos.

Pero a pesar del consenso en la política científica sobre la seguridad de los organismos biotecnológicos en el ambiente, la polémica académica está lejos de haber quedado zanjada. El frente "contestatario" se compone principalmente de ecólogos y biólogos de campo (incluyendo genéticos de poblaciones y evolutivos). (Una breve exposición de argumentos de unos y otros, en Kling 1996; y para un análisis de casos y opiniones, véase Butler y Reichhardt 1999). Veamos resumidamente el juego de argumentos y contraargumentos de unos y otros, junto con algunos datos empíricos:

Sobre la naturalidad y precisión del proceso de mejora:

A veces se dice que la ingeniería genética es negativa porque salta las barreras sexuales entre especies. Sin embargo, esto olvida el hecho de que en la fitomejora tradicional se viene usando desde hace tiempo un método artificial que fuerza igualmente a saltar las barreras evolutivas: cultivo in vitro de ovarios y embriones. Algo parecido habría que decir sobre la introducción de resistencia a herbicidas: ¿es malo hacerlo mediante ingeniería genética, mientras que permitimos hacerlo con genética mendeliana clásica? Muchos ecólogos rechazan la idea de que la introducción en un organismo de un gen de una especie filogenéticamente no relacionada sea algo equivalente a la tradicional mejora que, todo lo más, logra la hibridación de especies o géneros emparentados: en el primer caso creamos una combinación inverosímil en la naturaleza (por ejemplo, un gen bacteriano en una planta superior, o viceversa), mientras que en el segundo estamos limitados por las barreras evolutivas que la naturaleza ha impuesto al intercambio de material genético entre especies. La réplica de los biotecnólogos dice que la Ingeniería Genética es una técnica muy precisa, ya que sólo introducimos uno o dos genes perfectamente caracterizados, con lo que esta práctica presenta ventajas frente a la mejora tradicional, en la que junto a los caracteres buscados se transfiere una enorme cantidad de material genético sin caracterizar de la que se desconocen sus impactos.

De hecho, muchas variedades tradicionales se seleccionaron tras inducción de mutaciones aleatorias, que en su inmensa mayoría quedan sin caracterizar, y de las que nada se sabe de sus efectos, salvo las ventajas que se seleccionan en el programa de mejora. Nunca se ha emprendido un estudio sistemático de los posibles riesgos de esa mayoría del genoma no caracterizado.

Hay varios ejemplos de caracteres indeseados introducidos por programas de mejora tradicional, como altos niveles de psoraleno (un cancerígeno) en apio o de solanina en patata, aunque se detectaron en la fase de pruebas de laboratorio.

Por otro lado, hay varios ejemplos de plantas de cultivo tradicionales que se pueden considerar "monstruos genéticos", porque su obtención, aunque por hibridación, ha dado lugar a auténticas mezclas de genomas de especies distintas:

El ejemplo más conspicuo es el triticale, obtenido hace más de 60 años por cruce de trigo y centeno, y cultivado en más de un millón de hectáreas en Canadá, México y Europa oriental.El trigo ruso tiene mezcla de centeno y trigos silvestres.

Los ciruelos modernos son cruces de ciruelos­cerezos y endrinos.

Sobre la posibilidad de transferencia génica horizontal:

Según los ecólogos, la posibilidad de transferencia horizontal añade un riesgo a los productos transgénicos, permitiendo la contaminación genética de otras especies.

Varios estudios emprendidos en Francia, Dinamarca y EE.UU. indican el escape de genes de resistencia a herbicidas desde plantas transgénicas a parientes silvestres.Otro estudio francés reveló que colza genéticamente manipulada para hacerla resistente a herbicida producía descendencia fértil cuando se cruzaba con su pariente el rábano silvestre (si bien los genes de resistencia se iban diluyendo en sucesivas generaciones).

No se puede olvidar que la transferencia de polen entre plantas relacionadas evolutivamente es muy frecuente, dando origen a híbridos, incluidos entre domésticas y silvestres. Por lo tanto, no cabe acusar a las transgénicas en exclusiva de ese "pecado", sobre todo cuando se quiere descalificarlas globalmente. Lo que hay que ver, caso por caso, es si la formación eventual de híbridos, sean cuales sean los parentales domésticos, lleva a efectos indeseados.(Véase artículo al respecto referido a problemas ecológicos de las plantas convencionales).La propia biología ha revelado en años recientes que la transferencia horizontal de genes es un hecho natural, incluso entre ciertos microorganismos y plantas, y que ha debido jugar un papel en la evolución de la vida. Sin embargo, hay que conceder que no se puede abusar de este argumento, puesto que se puede esgrimir que los procesos naturales son más lentos que los artificiales, y han superado la prueba de la evolución tras millones de años. La posibilidad de transferencia horizontal, especialmente a través del polen, a especies silvestres relacionadas con la cultivada transgénica es algo que hay que estudiar en profundidad, sobre todo desde el punto de vista ecológico y de genética de poblaciones.

Sobre la posibilidad de que las plantas manipuladas o los híbridos con silvestres se conviertan en malas hierbas:

Esta no es una posibilidad exclusiva de las plantas transgénicas, ya que algunas especies cultivadas tienen cierta tendencia a asilvestrarse. Para especies como el

maíz o la soja, con una larga historia de domesticación, esto es improbable, y a priori no hay razones científicas claras por las que una planta portadora de un rasgo agronómico adicional pueda convertirse en maleza (García Olmedo, 1998, p. 181).

Para un análisis general sobre los impactos de especies invasivas silvestres, véase el sitio web invasivespecies.gov.

Sin embargo, se desconoce qué pasaría cuando existan millones de hectáreas de plantas transgénicas con diferentes transgenes: ¿podría haber un efecto en eventuales híbridos que adquirieran varios genes que les confirieran alguna ventaja selectiva?

Como ya dijimos, hay algunas manipulaciones intrínsecamente más peligrosas: por ejemplo, la de convertir a especies de gramíneas cespitosas (por ejemplo, para campos de golf) en resistentes a herbicidas, porque aquí si existe un riesgo alto de diseminación e invasión de ecosistemas. Este tipo de plantas deberían prohibirse.

Lo anterior nos conduce a uno de los puntos más oscuros: los efectos a largo plazo sobre la biodiversidad, ya que aún no se dispone de una ecología predictiva capaz de hacer frente a la complejidad de la cuestión.

La ocurrencia de este tipo de fenómenos sería especialmente preocupante de producirse en los centros de biodiversidad de los países tropicales, porque podría amenazar la integridad de los ricos recursos genéticos que se albergan en ellos. Pero de nuevo habría que decir que la transferencia horizontal de genes entre especies ocurría ya antes de la Ingeniería Genética. Lo que la investigación ha de aclarar es si el hecho de que tal transferencia se dé entre plantas transgénicas y otras no transgénicas, silvestres o cultivadas, conlleva riesgos adicionales de erosión genética y pérdida de biodiversidad.

La introducción de variedades transgénicas en las regiones que son los respectivos centros de origen de las plantas cultivadas acentúa las preocupaciones anteriores. Por ejemplo, se están ensayando ya patatas transgénicas en México, uno de los sitios donde aún crecen patatas silvestres. La introducción en ese mismo país de maíz transgénico sería arriesgada, ya que Mesoamérica posee parientes silvestres (teosinte) que hace falta preservar puros. En caso contrario, si finalmente se producen híbridos indeseados, estaríamos amenazando no sólo parte de la biodiversidad, sino dilapidando un capital natural que nos podría ser útil en el futuro, como fuente de rasgos para programas de mejora genética. Esto va a obligar a regular cuidadosamente la certificación del origen de las semillas a la hora de su distribución en tales centros de diversificación biológica.

La cuestión sobre la biodiversidad no se puede separar de las prácticas agrícolas locales y de las características de los distintos países. Cada país y cada zona agrícola habrá de prestar atención a la presencia de parientes silvestres cercanos e introducir medidas correctoras, en su caso, o incluso prohibir ciertas plantaciones por los riesgos inasumibles de cara a la protección de su biodiversidad.

Sobre las plantas manipuladas con el gen bacteriano tóxico para larvas de insectos:

Aunque la proteína Bt es inofensiva para organismos distintos de los insectos, se teme su incidencia en insectos útiles y el surgimiento de mutantes resistentes entre los nocivos. De nuevo nos encontramos con resultados contradictorios e incompletos:

Algunos estudios no encontraron diferencias en el número de insectos beneficiosos entre un campo de control y un campo de maíz manipulado para hacerlo resistente al "taladro".En algunos estudios de laboratorio se ha visto que insectos depredadores beneficiosos alimentados con larvas de insectos nocivos que a su vez se alimentaban de plantas manipuladas, tenían mayores tasas de muerte.Un estudio reciente, de cierta repercusión pública fue el que indicaba que larvas de mariposa monarca alimentadas en laboratorio con hojas de algodoncillo (su alimento natural) mezcladas con polen de maíz transgénico, sufrían graves anomalías de crecimiento y elevada mortalidad. Sin embargo, este estudio ha sido criticado por otros científicos, sobre la base de varios errores metodológicos, y sobre el hecho de que la situación de laboratorio era muy forzada y totalmente distinta de las condiciones de campo, por lo que se hace difícil extrapolar sus conclusiones a las condiciones naturales. (Véase artículo acompañante que resume el reciente informe de la EPA estadounidense).El tema donde parece haber más consenso es el del surgimiento de mutantes resistentes a la toxina Bt, cosa altamente probable (y ya hay casos) debido a que se trata de un rasgo monogénico.

Los biotecnólogos industriales, sin embargo, resaltan las ventajas de las plantas Bt:

Permiten un tratamiento no químico, ecológicamente más amistoso. De hecho, un informe reciente indica que los estados sureños norteamericanos han reducido significativamente el empleo de insecticidas químicos, coincidiendo con la plantación masiva de cosechas transgénicas.

Aunque se concede que el surgimiento de resistencia es inevitable, se han propuesto prácticas agrícolas para retrasarlo, especialmente el mezclar áreas transgénicas con un 20% de la superficie de cosecha no transgénica, con objeto de que al cruzarse insectos resistentes y no resistentes, se diluyan los genes de resistencia en sucesivas generaciones.

La industria está desarrollando nuevas cepas de cultivo con nuevos genes tóxicos selectivamente para insectos, lo que garantizaría el control a largo plazo de las plagas.

Una de las cuestiones más difíciles de resolver es la de la pleiotropía, es decir, los efectos indirectos (y en nuestro caso, no previstos) que se pueden derivar de la interacción del gen transgénico con el fondo genético de la planta receptora. Actualmente la técnica no permite la inserción exacta del gen en un lugar elegido, sino que el proceso es aleatorio. Por lo tanto, se desconoce cómo puede afectar esta

integración a la dinámica del genoma receptor, y sobre todo, los efectos sobre la expresión de otros genes y por lo tanto sobre el metabolismo de la planta. Así pues, no cabe descartar la aparición de efectos imprevistos. Algunos expertos advierten que se debe realizar mucha más investigación básica sobre el control de los genes y sus efectos pleiotróicos más que dedicarse a responder a problemas concretos planteados por la opinión pública.

Pero por ahora, lo más importante para evaluar el riesgo es el gen que se introduce: no es lo mismo introducir un gen que interfiere con la maduración del fruto, que hacerlo con un gen que determine un rasgo tóxico para el hombre. En el primer caso, y a salvo de posibles pleiotropías, la transferencia no plantea mayores riesgos, mientras que en el segundo asistiríamos a un auténtico peligro.

Por otro lado, los ecólogos han señalado graves defectos y carencias en la concepción y metodología empleada en los estudios de evaluación de riesgo de los ensayos de campo con las plantas transgénicas: se estarían obviando importantes cuestiones ecológicas y evolutivas. Los ecólogos no están en principio en contra de la relajación de las normas de bioseguridad; de hecho estarían de acuerdo con tal relajación en el caso de que la experiencia acumulada apoyara tal medida. Lo que cuestionan es que los experimentos de evaluación de riesgos realizados hasta ahora hayan aportado respuestas significativas, e incluso dudan de que se haya partido de los presupuestos e hipótesis adecuadas. En este sentido, los especialistas en ecología de suelos son muy sensibles, conscientes de que su objeto de estudio es una entidad increíblemente compleja, para la que la ciencia aún no dispone de modelos teóricos y herramientas metodológicas suficientemente refinadas, por lo que a fortiori, desconfían del enfoque simplista empleado en la evaluación de los OGM en el ambiente. La preocupación de los ecólogos de cara al futuro se basa en la ignorancia sobre los efectos a largo plazo resultantes por un lado del aumento exponencial del número de seres vivos manipulados que camparán libremente, y por otro, en que se podrían planear liberaciones potencialmente arriesgadas para las que no existe ninguna experiencia previa de impactos ecológicos (por ejemplo, hierbas perennes resistentes a sequía, acuicultura con peces adaptados a nuevos climas o ambientes, etc.). Pero el argumento también se puede usar contra productos derivados de la mejora tradicional: el tipo de estudios multidisciplinares capaces de evaluar riesgos de cualquier tipo de proceso de mejora genética sencillamente no ha existido, y sólo ahora se está en camino de diseñar el tipo de experimentos de control tanto para organismos transgénicos como para organismos convencionales, que nunca han pasado el severo escrutinio al que se está sometiendo la Ingeniería Genética.

(Véase el artículo adicional sobre evaluación de impactos ambientales).

Por otro lado hay un viejo problema que el debate sobre los OGM ha sacado de nuevo a la luz, y para el que muchos piden una solución: las propuestas de evaluar seres vivos (manipulados o no) destinados a ser liberados en el medio ambiente en función del riesgo ecológico derivado de la combinación organismo más ambiente llama la atención sobre la ancestral práctica humana de introducir animales y plantas en ecosistemas y áreas geográficas diferentes, con efectos ecológicos (comprobados, no hipotéticos) desastrosos. Una pregunta pertinente aquí sería: ¿tiene sentido poner restricciones draconianas a cultivar una planta domesticada por el simple hecho de haberla manipulado con una determinada técnica para que su fruto tarde más en madurar, y en cambio seguir permitiendo la introducción irrestricta de animales y plantas exóticos en todos los lugares del planeta? ¿Por qué no aplicar los mismos criterios de evaluación de riesgo a ambos tipos de intervenciones humanas en la Biosfera?

Expresándolo con claridad: no parece (eco)lógico ­perdón por el juego de palabras­ que no haya regulaciones que impidan la introducción de animales y plantas exóticos (no coevolucionados en el lugar donde se van a aplicar), por el simple hecho de que son "naturales" (a pesar de su alto riesgo intrínseco y de los numerosos casos históricos de desastres ecológicos que han creado), y en cambio se pretenda restringir seriamente ciertas manipulaciones genéticas en plantas familiares y seguras, por el simple hecho de que un nuevo rasgo útil ha sido introducido con una técnica tildada de sospechosa con "argumentos" poco científicos.

Pero queda la pregunta de hasta qué punto nuestra experiencia con los métodos tradicionales de mejora y el paradigma de evaluación de riesgos en base a productos y no a procesos, despejan totalmente las dudas sobre la bondad ambiental de esta tecnología. Pero igualmente habría que reconocer que es imposible predecir los impactos ecológicos a largo plazo con el estado actual de nuestro conocimiento. Ahora bien, ¿esto es exclusivo de la biotecnología? Pensamos que no. Más bien esta es una cuestión intrínseca al desarrollo de las grandes tecnologías, que apela en última instancia a actuar con cautela y responsabilidad, pero planteando el interrogante de si sería ético renunciar absolutamente a una posibilidad tecnológica que bien manejada podría conllevar grandes beneficios a la humanidad. No existen actividades humanas de riesgo cero, sino que existen actividades con riesgos relativos que hay que ir evaluando progresivamente y sopesándolos con los beneficios que se pueden derivar, y en este sentido la biotecnología no es una excepción (García Olmedo 1998, p. 178).

Pero más allá de las amenazas y miedos más o menos reales o imaginarios, más allá de la cacofonía mediática donde diversos grupos de presión pugnan por manejar mitos y fantasmas tecnológicos, hay que resaltar dos datos: tras casi 30 años, la tecnología transgénica no ha sufrido ni un solo accidente digno de mención; y la propia comunidad europea, centro de las dudas e incluso de amenazas de moratorias para los productos desarrollados, ha realizado estudios de bioseguridad por valor de varias decenas de millones de euros, sin que se haya concretado ningún riesgo sustancial. Es de lamentar que los propios líderes políticos europeos sean incapaces de aprovecharse de la experiencia desarrollada a costa de los bolsillos de los ciudadanos.

Aún no existe una evaluación global y científica de los riesgos ambientales potenciales de las plantas genéticamente manipuladas. Quizá haya que desarrollar un paradigma de política científica que permita a las agencias públicas responsables realizar decisiones incluso en ausencia de un conocimiento exhaustivo (algo que probablemente es utópico), que reconozca como válidas ciertas decisiones en ausencia de un acuerdo universal, y que favorezca el reconocimiento y delimitación de aquellas áreas de incertidumbre en las que los criterios prudenciales (socialmente asumidos) conduzcan, llegado el caso, a moratorias o renuncias de desarrollo en función del los valores puestos en juego. Por ejemplo: no sería aconsejable permitir maíz transgénico en la región meso­centroamericana, donde se encuentran multitud de variedades de maíz tradicionalmente cultivadas por los indígenas, y el teosinte, precursor silvestre de esta planta. Salvo que los datos científicos garantizaran la seguridad, a priori no sería ético poner en peligro el rico acervo genético y cultural ligado al centro de diversidad y domesticación de esta especie. Pero en Europa, donde no hay parientes del maíz, los derivados transgénicos, una vez pasadas las pruebas agronómicas y sanitarias de rigor, no deberían suponer mayores amenazas.

3. Bioseguridad: intersección ciencia­sociedad

Los estudios sobre Ciencia, Tecnología y Sociedad (CTS) tienden a resaltar los factores sociales y culturales que interaccionan con el complejo ciencia­tecnología y a su vez son afectados por éste. Dichos enfoques ponen de manifiesto que la solución a los conflictos asociados a las tecnologías no depende única ni principalmente del "cierre" de las controversias científicas (a su vez condicionadas por factores extracientíficos), sino de valores culturales y sociales complejos. En las sociedades democráticas dichos valores, incluyendo cosmovisiones religiosas y filosóficas que interpretan el significado de la naturaleza y de la interacción del hombre con ella, tienen que ser tenidas en cuenta a la hora de lograr la aceptación de nuevas tecnologías (González García et al., 1995). En el ámbito de la reflexión ética se llega igualmente a una profundización en el significado social y simbólico asociado a la percepción de riesgos derivados del avance tecnocientífico. La conclusión es que, al contrario de lo que piensa parte del entorno científico e industrial (y muestran algunas encuestas), un mayor grado de conocimiento por parte del público de una tecnología no conduce necesariamente a su mayor aceptación, ya que más allá de la corrección científica y de las bondades asociadas a la tecnología, el juicio ciudadano incluye también apreciaciones éticas, religiosas, estéticas, etc., a menudo ambiguas o difíciles de concretar, pero que nunca deberían pasarse por alto. La tentación del complejo tecnoindustrial es minimizar o despreciar tales percepciones como residuos emocionales o irracionales, pero lo más sensato y maduro es reconocer la pertinencia de esta dimensión social pluriforme, y la necesidad de un diálogo fructífero entre los actores sociales implicados y afectados. En el caso de la Biotecnología, esta necesidad es incluso reconocida por influyentes analistas adscritos a los intereses industriales, si bien a menudo es patente su tono condescendiente y su enfoque táctico destinado a persuadir al público a aceptar las propias posiciones. Estos intentos de persuasión por uno y otro lado son buenas ilustraciones de lo que dentro de la sociología del conocimiento se ha dado en llamar "enfoque ecológico", que caracteriza la evolución de la ciencia y la tecnología como el resultado de la lucha de distintos actores sociales por un recurso limitado: la opinión pública.

Emilio Muñoz (1999) ofrece un modelo de relaciones entre producción agrícola y su uso sostenible, ejemplificado con un triángulo cuyos vértices son: producción de alimentos, bioseguridad y biodiversidad (los tres objetivos a lograr), y que se relaciona con los dos entornos de conflicto más importantes: el de las racionalidades científico­técnicas en disputa (p.ej., ecólogos frente a moleculares) y el de los problemas éticos y socio­económicos. Argumenta que hay que estudiar caso por caso, según una ética consecuencialista y de responsabilidad, ponderando las diferentes racionalidades (que van a determinar la relación coste/beneficio), moduladas a su vez por la relación carga/ventaja en el ámbito social (teniendo en cuenta factores como la competitividad y el empleo frente a los usos/abusos de los recursos naturales)

Otro tema de controversia sobre las plantas de cultivo transgénicas prolonga a su vez el ya viejo debate sobre los efectos de la pérdida de diversidad genética ("erosión genética") de las especies domesticadas. La Revolución Verde trajo consigo la preeminencia de un número limitado de variedades de alto rendimiento, seleccionadas para ser efectivas en el contexto de una agricultura mecanizada y altamente dependiente de productos químicos y de agua. En este proceso de selección se han perdido muchas variantes génicas (alelos) que podrían ser útiles ante un cambio en determinadas condiciones ambientales o ante una nueva plaga (esto ya ha quedado ilustrado ampliamente en repetidas ocasiones, como en la famosa epidemia de helmintosporiosis que aquejó al maíz híbrido de los EEUU en 1970). Por más que los defensores de la Ingeniería Genética comercial de plantas planteen que con esta técnica se están añadiendo genes nuevos (y teóricamente, se estaría aumentando su reserva genética), los genéticos de poblaciones responden que insertar uno o dos genes a las especies de cultivo no supone una ganancia sustancial. Por otro lado,

dadas las tendencias de la Agricultura actual a sustituir las variedades tradicionales por las modernas, ¿qué efectos en la diversidad genética tendrá el hecho de que se empiecen a introducir a gran escala una serie de nuevas cosechas biotecnológicas cada vez más uniformes? ¿Compensan los rendimientos mayores esperables a corto plazo frente a una mayor vulnerabilidad de estas plantas a largo plazo debido a una menor diversidad genética? Muchos genéticos de poblaciones muestran abiertamente su preocupación al respecto, y se preguntan si los desesperados y caros esfuerzos por preservar ciertas porciones de biodiversidad (a veces en formas altamente artificiales como los bancos de germoplasma) son la única manera racional de salvar recursos genéticos que pueden ser imprescindibles para afrontar los retos de la alimentación del futuro. Por lo tanto, si estas tendencias actuales no se corrigen, lo que cabría esperar es que los intereses comerciales y la mera búsqueda de mejoras en los rendimientos económicos conlleven el que la biotecnología vegetal colabore en la erosión genética de las plantas de cultivo y de sus parientes silvestres, a costa de prácticas agrícolas tradicionales que usan numerosas variedades locales adaptadas a condiciones específicas.

Obsérvese que este argumento no va en realidad contra la biotecnología en sí, sino contra el actual modelo agronómico, anterior a las nuevas técnicas genéticas. Si la biotecnología comercial queda en manos de unas cuantas multinacionales que sólo busquen ganancias inmediatas imponiendo unas pocas semillas transgénicas, esto no sería más que un episodio más (y desgraciado) en la ya larga historia de erosión genética, pero no sería atribuible a la biotecnología. De hecho, cabe imaginar una biotecnología al servicio de una agricultura sostenible, pero mucho debería cambiar la mentalidad mercantilista al uso. Pero incluso actualmente, la biotecnología está desempeñando un papel muy importante en la valoración de la biodiversidad tanto cultivada como silvestre: el avance de diversos proyectos genoma de plantas, y la aplicación de técnicas derivadas de la PCR están suponiendo herramientas insustituibles para evaluar la diversidad de por ejemplo los bancos de germoplasma, y ya se están empezando a localizar genes interesantes en algunas de los millones de muestras de estos bancos de semillas. La simple caracterización de rasgos útiles acelera los programas de mejora tradicional, y hace más racionales los diseños de nuevas plantas transgénicas, si bien todos están de acuerdo en que hará falta impulsar la investigación sobre la fisiología de los rasgos.

Por otro lado, cabe igualmente imaginar un impulso a la biotecnología dentro de prácticas de agricultura sostenible, al servicio del Tercer Mundo y de la conservación de la biodiversidad, colaborando con la agricultura de los países en desarrollo, donde se necesita imperiosamente aumentar la producción de alimentos, diseñando los programas de mejora en contacto con los propios agricultores, partiendo de sus razas locales de cultivos y teniendo en cuenta su contexto cultural. Para esta labor están especialmente capacitados los centros internacionales de investigación agronómica agrupados en el CGIAR, y que desempeñaron un papel crucial en la diseminación de la Revolución Verde que evitó el hambre en numerosas zonas del mundo a partir de los años 60. Pero a la luz de los datos sobre el descenso de financiación de estos centros, y en general de la vergonzosa dejadez de ayuda al desarrollo que se está produciendo desde los países ricos, hay que dudar sobre la concreción de estos deseos.

4. La bioseguridad como arma arrojadiza política y comercial. Reunión de Cartagena

El Convenio de Biodiversidad (CBD) de la Cumbre de la Tierra de Río (Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio ambiente y Desarrollo, 1992) estableció como objetivo central la vinculación de la conservación de la biodiversidad con el uso sostenible de los recursos. En su artículo 19 prevé la elaboración de un Protocolo de Bioseguridad (PBS) para evitar que el uso de las técnicas y productos de la biotecnología produzca efectos ambientales indeseados y dañinos, especialmente en el Tercer Mundo. Para tal fin, y tras varias conferencias preparatorias, estaba prevista la adopción del documento definitivo de bioseguridad en la reunión de Cartagena de Indias (14­21 de febrero de 1999), pero finalmente la reunión fracasó sin un acuerdo, que se intentará del 24 al 28 de enero 2000 en Montreal (Canadá). Son varios los mecanismos reguladores y armonizadores que preveía el borrador:

El llamado Acuerdo Informado por Adelantado (AIA) es el centro neurálgico del Protocolo: pretende regular internacionalmente la transferencia, manejo y uso transfronterizos de los organismos vivos modificados por biotecnología que puedan tener efectos adversos sobre el uso sostenible de la diversidad biológica. Este AIA se refiere principalmente a los mecanismos de notificación por adelantado por parte del exportador y al consentimiento que concede un país importador de semillas u otras muestras vivas derivadas de manipulación biotecnológica, antes de permitir su tránsito transfronterizo.Se detallan requerimientos para la evaluación y gestión de los riesgos, las medidas de emergencia, el manejo, transporte, etiquetado e identificación del material. Es de destacar que estos requerimientos son numerosos, y de hecho van más allá de lo que normalmente se pide en el comercio internacional de numerosos productos (Korwek y Zannoni, 1999).Se establece una Cámara de Compensación de Bioseguridad (Biosafety Clearinghouse) para facilitar el intercambio de información sobre los OGM y su regulación. Se incluyen igualmente previsiones sobre responsabilidad legal por daño a la biodiversidad derivado del tránsito internacional de los OGMs, y cuestiones socioeconómicas.

Según algunos observadores, el fracaso estaba cantado desde el momento en que se dejó que las reuniones preparatorias quedaran impregnadas de las pugnas políticas y económicas de diversos grupos de países. Existían tres batallas principales en el escenario de Cartagena:

la guerra comercial que enfrenta a los EE.UU. con la Unión Europea, acentuada por el hecho de que el primero es el líder mundial en biotecnología, con un mercado abierto y una regulación favorable al cultivo comercial de plantas transgénicas, mientras que Europa se debate en el marasmo de unas directrices suspicaces y un lento burocratismo. Desde EE.UU. se percibe la actitud europea como una estrategia deslealmente proteccionista, que tras la cortina de humo ecologista, está destinada a bloquear la entrada de los productos biotecnológicos norteamericanos.La eficaz labor mediática de los grupos ecologistas, que han logrado atraer a una buena parte de la opinión pública europea y a parte de los de los delegados del Tercer Mundo. Curiosamente, autoridades del entorno de investigación y comercial de los países en desarrollo (poco representados en la reunión) han alzado sus voces para denunciar el paternalismo de esta actitud, y de cómo ésta puede dar al traste con las posibilidades que se prevén para aliviar el problema de la alimentación.La mayoría de los países del Tercer Mundo se enfrentaban a su propio dilema: cómo decidirse por una tecnología que puede dar soluciones a sus problemas de crecimiento y que al mismo tiempo presenta riesgos potenciales no sólo para su biodiversidad, sino nuevos retos económicos y sociales.

Como se sabe, la reunión de Cartagena terminó en fiasco cuando el denominado "Grupo de Miami", que agrupa a algunos de los países grandes exportadores de granos (EE.UU., Canadá, Australia, Argentina, Chile y Uruguay) quiso imponer consideraciones de tipo comercial sobre los criterios ambientales y sociales. Según Hodson de Jaramillo y Aramendis (1999) fue precisamente la entrada de los intereses comerciales y socioeconómicos, lo que llevó a la discusión lejos de los aspectos técnicos sobre bioseguridad, y la responsable del fracaso, ya que no era posible conciliar esos intereses con los requerimientos de parte de los países en desarrollo, que igualmente se apartaron de los aspectos centrales sobre biodiversidad para exigir compensaciones sociales y económicas. De esta manera, lo que era un borrador con directrices claras sobre protección de la biodiversidad dentro del contexto del CBD, se transmutó en una discusión relativa a la Organización Mundial del Comercio (OMC).

(Los autores citados en el párrafo anterior han publicado un libro que resume los cinco años de negociaciones del Protocolo de Bioseguridad, y que temporalmente se puede consultar en Internet).

Se pueden resumir algunos argumentos a favor de incluir consideraciones socioeconómicas en el Protocolo de Bioseguridad (véase p. ej., Crompton y Wakeford, 1998 ):

La tecnología y prácticas agrícolas desarrolladas en el contexto de países muy desarrollados podrían generar problemas de manejo en países en desarrollo. Por ejemplo, en el caso de plantas con el gen Bt de resistencia a insectos ¿podrán o querrán los agricultores de la India cumplir los consejos de dejar un porcentaje de terreno con plantas no manipuladas para retrasar la selección de insectos mutantes resistentes a la toxina Bt?Habría que estudiar el posible impacto de la introducción de nuevas variedades en las economías locales y sobre todo en la agricultura de subsistencia, para evitar una mayor dependencia respecto de empresas extranjeras. De hecho, en algunos países del Sur se está intentando conceder más importancia a los policultivos menos dependientes de insumos externos, lo que va en contra de la tendencia a monocultivos intensivos de la agricultura de occidente. Otras preguntas pertinentes podrían ser: ¿las plantas transgénicas importadas por países pobres van a desequilibrar las economías de los campesinos locales? ¿Cómo se afectaría el entramado social por un cambio hacia agricultura de exportación frente a agricultura de subsistencia? El hecho de que no se puedan realizar estudios exhaustivos sobre impactos socioeconómicos a largo plazo no puede servir de excusa contra la posibilidad de que cada país examine caso a caso e intente minimizar algunos efectos negativos inmediatos sobre el entramado socioeconómico. Por lo tanto, el libre mercado no debe tener la última palabra en las decisiones que afecten a economías especialmente vulnerables.(Por ejemplo: ¿deben los países pobres aceptar una tecnología tan perturbadora como las semillas terminator que no pueden germinar a la siguiente generación? ¿Tienen que someterse al pago de cánones por el uso de semillas en cada estación de siembra? ¿No cuentan para nada las perturbaciones socioeconómicas que tales inventos occidentales pueden conllevar para los países en desarrollo?)Hay precedentes de países que han introducido consideraciones de impactos socioeconómicos: Dentro de la Unión Eropea, Austria, Dinamarca, Finlandia y Suecia, y fuera de ella, Noruega, cuya Ley de Tecnología Genética concede una gran importancia a estas cuestiones.Incluso en la Unión Europea, con su legislación unificada, algunas directivas, incluida la 90/220 sobre liberación de OGMs, han permitido interpretaciones y adaptaciones nacionales que responden a criterios sociales. Con más razón habría

que admitir tales criterios cuando se pretenda la armonización con países de sur cuyas necesidades y sistemas socioeconómicos son tan diferentes a los intereses comerciales del Norte (Crompton, 1999).

Pero en el polo opuesto, algunos analistas ligados al mundo de la biotecnología se oponen totalmente a introducir en sus reflexiones los temas sociales y han ido aún más lejos, al impugnar los mismos presupuestos técnicos del PBS como "no científicos, antiinnovadores y anticompetitivos" (Miller 1999 a, b), especialmente porque se sustentan sobre una idea abandonada hace tiempo entre los investigadores en la materia: que la tecnología transgénica, por sí, merecería un sambenito especial y hay que vigilarla especialmente. Con ello se olvidaría el principio básico de que la regulación debería estar en función del riesgo intrínseco del producto, y no de la técnica que lo ha producido (véase la discusión del apartado anterior). Si se aprueba finalmente algo parecido al borrador que se discutió en Cartagena, sería catastrófico...

para el medio ambiente, porque retrasaría o impediría la adopción de técnicas más ecológicas y que requieren menos productos químicos;para los consumidores, a los que habría que aumentar los precios derivados de costosos análisis socioeconómicos;y especialmente para los países en desarrollo, que no podrían permitirse tales lujos, y que verían dificultado el acceso a herramientas valiosas para aumentar su producción de alimentos y levantar nuevos mercados. La regulación que se pretende aprobar sería un desincentivo para desarrollar cultivares y variedades adaptadas a las condiciones locales de los países en desarrollo, favoreciendo a cambio los productos de gran valor añadido o con altos precios de mercado, sólo al alcance de los ricos.

El caso es que habría que justificar por qué precisamente se ha escogido a los productos derivados de la nueva biotecnología como los únicos que deberían requerir análisis socioeconómicos previos, algo que nunca se ha hecho con ningún tipo de bienes de consumo (Miller y Huttner 1998) y que no ha adoptado nigún organismo internacional, ni siquiera la frecuentemente "escrupulosa" Unión Europea.

Lo curioso es que EE.UU. forzó el fracaso de Cartagena (lo que para estos críticos era bueno) pero por razones equivocadas, ya que en vez de centrarse en lo esencial (es decir, los argumentos científicos que avalan la regulación de productos potencialmente peligrosos, independientemente de su proceso) dio una deplorable imagen de protección de sus grandes intereses agroindustriales. Para más ironía, la propia legislación estadounidense viola el acuerdo GATT que regula el comercio mundial, ya que al no estar basada científicamente se puede considerar como una barrera comercial no tarifaria. La postura norteamericana parece estar diciendo que está a favor de una regulación costosa y excesiva siempre y cuando no amenace los intereses de su industria agrobiotecnológica.

La verdad es que ya podemos lamentar algo de todo esto: el PBS, al centrarse exclusivamente en los productos desarrollados por una tecnología innovadora considerada peligrosa (pero que aún no ha producido ningún daño comprobado), ha dejado pasar la oportunidad de hacer algo más lógico: considerar los riesgos del tráfico transfronterizo de cualquier tipo de seres vivos ­silvestres o domesticados, y dentro de éstos, tradicionales o transgénicos­, pero sobre la base de peligros y riesgos constatables y científicamente fundados. Porque lo que sí está claro (y esto no son sospechas) es el daño que desde hace siglos viene produciendo la introducción de animales y plantas en entornos que no son los suyos: ahí están los cientos de casos documentados de extinciones ocasionadas por los europeos en sus viajes. No se ve la

lógica de obstruir draconianamente posibilidades de una tecnología sospechosa simplemente bajo hipótesis, descuidando los cotidianos daños que el mismo tráfico comercial de productos convencionales conlleva a la biodiversidad. Sería lamentable que la comunidad internacional dedicara recursos preciosos a regular actividades de riesgo bajo o nulo, mientras se deja que continúen actividades realmente dañinas.

Otros observadores no son tan críticos, y reconocen que el BSP puede tanto promover como dificultar el comercio de los OGM. Si se aplica juiciosamente, podría favorecer el intercambio de material del que se sepa que no va a representar amenazas a la biodiversidad, mientras que al mismo tiempo puede dotar a la comunidad internacional de un mecanismo armonizador útil sobre todo para los países en desarrollo, que no hubieran sido capaces de poner en pie los suyos propios sin colaboración exterior.

Sitios web relacionados con la regulación y la bioseguridad de los productos biotecnológicos:

BINAS­UNIDO: es la red informativa y asesora sobre bioseguridad de la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial. Edita unos boletines en línea que recogen buena parte de las normativas sobre el tema.

Information Systems for Biotechnology (ISB): Edita unos boletines electrónicos (con posibilidad de recepción por correo­E) muy bien documentados, que incluyen noticias, debates, etc., especialmente sobre la agrobiotecnología.

El Departamento de Agricultura de los EE.UU. cuenta con un sitio que recoge informes industriales, notas sobre OGM liberados, ensayos de campo y plantas trasngénicas comerciales. Numerosos enlaces a otras agencias.

Servidor Belga sobre Bioseguridad: incluye los textos de la U.E. sobre bioseguridad, noticias de su desarrollo, etc.

5. Biodiversidad y biotecnología

Los ecosistemas de nuestro planeta albergan una gran diversidad biológica que aún no ha sido evaluada. El número de especies descritas está en torno a 2 millones, pero se estima que quedan por descubrir como mínimo otros 50 millones.

La mayor parte de esta biodiversidad reside en los bosques tropicales. Se calcula que las selvas contienen la mitad o incluso las dos terceras partes de las plantas con flores de la Tierra. El valor de esta variedad para el futuro de la humanidad es incalculable. Sólo hace falta pensar en que los centros de biodiversidad han sido el origen de muchas plantas cultivadas y son una reserva genética de rasgos útiles que podrían ser incorporados en los futuros programas de mejora y en la búsqueda de nuevos fármacos y otros bienes. Muchos de los medicamentos que usamos proceden directa

o indirectamente de fuentes biológicas. Se calcula que sólo se ha explorado el 1% de las plantas silvícolas como fuente potencial de fármacos.

La biotecnología está cambiando radicalmente el modo en que se buscan, descubren y desarrollan productos útiles, tanto agronómicos, como médicos e industriales, de ahí la nueva revalorización del uso sostenible de estos recursos vivos.

En esta revalorización confluyen distintos intereses que hay que armonizar: por un lado, los de los países poseedores de la mayor biodiversidad, que suelen ser naciones en vías de desarrollo, que como "propietarias", desean sacar provecho económico de sus riquezas naturales; y por otro lado, las empresas de los países industrializados, cada vez más conscientes de la necesidad de acceder a la biodiversidad como materia prima de sus avances comerciales ("bioprospección"). El problema es que mientras que las empresas ven protegidas sus invenciones mediante patentes y otras medidas, los países en desarrollo no han contado hasta ahora con mecanismos adecuados de compensación por el mantenimiento y diseminación de su biodiversidad. Ha habido casos recientes en los que se ha acusado a compañías multinacionales de practicar la "biopiratería", patentando productos o procesos a partir de material de países del Sur, que no han sido compensados. El peligro de esta dinámica es doble: que por un lado, las naciones en desarrollo respondan con políticas "proteccionistas" que restrinjan el acceso a sus recursos vivos por parte de los países ricos, y por otro, que la unilateralidad de la protección de las patentes dificulte los programas de investigación y desarrollo necesarios para el Tercer Mundo.

Ya hay ejemplos de "proteccionismo de recursos genéticos", por países (p.ej., la India y en Brasil) o por grupos de países: p ej., recientemente (marzo 1999) siete países surasiáticos (Bangladesh, Bhutan, India, Maldivas, Nepal, Pakistán y Sri Lanka) acordaron no pasar germoplasma vegetal (incluyendo maíz, trigo y arroz) a países distintos de su asociación.Las posibilidades de patentes a partir de la biodiversidad se podrían ampliar aún más en detrimento de países del Sur: el mercado de productos "botánicos" o de herboristerías (con un valor global de $15.000 millones) está en plena ebullición, a la busca de nuevos productos y procesos resguardados bajo derechos de propiedad intelectual. Mediante técnicas como espectrografía de masas, HPLC y otras técnicas de extracción y caracterización de componentes, está en camino de estandarizar la obtención de muchos productos farmacéuticos o parafarmacéuticos, susceptibles de ser patentados. Debido a que este subsector biotecnológico depende mayoritariamente de plantas y otros organismos de países tropicales, las disputas sobre el reparto de beneficios con los países ricos en biodiversidad no haría sino acentuarse.

Por lo tanto, el reto va a ser domeñar la actual revolución de la ingeniería genética para ponerla al servicio de los pobres y del medio ambiente, concretamente, la protección de su biodiversidad, necesaria para todos. Esto ya comienza a ser técnicamente posible, mediante los marcadores de ADN, la genómica vegetal y ciertas aplicaciones de la transgénesis. Sin embargo este objetivo está en peligro, debido a problemas económicos de los países en desarrollo (menos inversión en investigación agrícola) y a la tendencia de las empresas biotecnológicas a proteger su germoplasma bajo patentes y otros derechos de propiedad intelectual (DPI). Recientes acuerdos internacionales sobre patentes, así como las conclusiones de la Ronda Uruguay del GATT que ha dado paso a la OMC (Organización Mundial de Comercio), han conducido a una considerable ampliación de los derechos de los propietarios de patentes, restringiendo los privilegios y exenciones de agricultores y mejoradores

tradicionales (esto último quedó fijado en la revisión de 1991 de la Unión Internacional para la Protección de Nuevas Variedades Vegetales, UPOV).

El dilema se puede describir de la siguiente manera: La iniciativa privada no invertirá en la nueva Biotecnología si sus productos y procesos no están protegidos por patentes u otros DPI, puesto que de lo contrario, no recuperarían las gigantescas sumas de dinero arriesgadas ni podrían hacer negocio. Pero por otro lado, los centros públicos tanto internacionales (por ejemplo, del CGIAR) como nacionales han sido en el pasado (y se espera que en el futuro) absolutamente esenciales para generar bienes públicos en los países en desarrollo. Si estos centros, por problemas financieros y por su difícil acceso al material protegido de la iniciativa privada, dejaran de ejercer adecuadamente su misión, se estaría creando una auténtica injusticia moral para las poblaciones más necesitadas del planeta. La situación es aún más hiriente si pensamos que estos centros son depositarios de la mayor parte del germoplasma, procedente de miles de experiencias "gratuitas" desarrolladas mayoritariamente por agricultores del Tercer Mundo, y que ese material ha estado disponible igualmente para las empresas. (El colmo de la desfachatez fue el reciente intento de una compañía australiana de patentar y exportar un linaje de garbanzo ligeramente modificado a partir de muestras de centros públicos). ¿Hay alguna manera de salir del peligroso atolladero?. Autoridades en la materia como Serageldin piensan que sí, si se logran rediseñar las relaciones entre las empresas privadas del Primer Mundo y la I+D pública dedicada al Tercer Mundo, y se reorientan ciertos dominios relativos a la propiedad industrial:"Los bienes públicos deben estar disponibles para el público, y los bienes privados que están en camino de lograr bienes públicos deberían ser tratados de forma distinta a los bienes privados producidos por el sector privado en relación directa con el usuario final" (Serageldin, 1999, p. 389). Habría que establecer excepciones a la aplicación de los cánones de propiedad intelectual cuando el material correspondiente vaya a servir a los centros públicos como parte de sus programas de mejora que redundarán en bienes públicos para los países pobres. (Los países africanos y la OUA están actualmente buscando alguna alternativa al sistema de patentes vegetales de la UPOV, pero necesitan que se aclaren las relaciones entre el acuerdo TRIPs de propiedad intelectual de la OMC y la Convención de Biodiversidad; ver más abajo).Hasta ahora ha habido algunos acuerdos bilaterales exitosos entre algunas multinacionales y ciertos países, que han permitido transferir tecnología que no va a competir en los mercados de esas empresas. Por ejemplo, la Monsanto ha llegado a acuerdos con los gobiernos de México y de Kenia para desarrollar plantas resistentes a virus. También hay ONGs filantrópicas que actúan como "intermediarios de buena voluntad" para permitir acuerdos semejantes (incluso Universidades como la de Rutgers y el Instituto Scripps han actuado como intermediarios entre las fuentes de biodiversidad y ciertas multinacionales). Sin embargo, hay que ir a un sistema más general que permita acuerdos y colaboraciones legalmente vinculantes para la transferencia de tecnología a estos países. Se precisan nuevos tipos de colaboración amplia con el sector privado, por los que se respeten los intereses propietarios y los mercados consolidados de las empresas, pero que estimulen la I+D pública agrobiotecnológica de los países en desarrollo. Esto conecta con el siguiente apartado.

6. La conexión biotecnología­biodiversidad en el Convenio de Biodiversidad

No es justo que pidamos a los países poseedores de la mayor biodiversidad (que suelen ser pobres) que la conserven (ahora que más falta nos hace a todos, pero sobre todo ahora que se necesita para los nuevos avances biotecnológicos), sin darles nada a cambio. La falta de recompensa a los esfuerzos de innovación agropecuaria y conservación de biodiversidad que desde hace generaciones vienen realizando los pequeños agricultores, especialmente de los países tropicales, están reclamando un nuevo sistema más equitativo. La lamentable ironía de la situación actual es que mientras se protegen mediante patentes las invenciones de los países ricos, no hay un mecanismo simétrico que premie de alguna forma a las comunidades y países que son el origen de la biodiversidad natural o doméstica de la que se beneficia principalmente el Norte desarrollado. La consecuencia de todo ello no puede ser más clara: seguiremos perdiendo la base biológica de nuestro sustento y profundizando la brecha Norte­Sur.

Es decir, como dice Emilio Muñoz (1998 b, p. 54), los recursos naturales genéticos adquieren valor económico y comercial estratégico y son el centro de una confluencia de intereses que confiere a la conservación de esos recursos una situación conflictiva entre los poseedores de esos recursos (generalmente países en desarrollo) y los usuarios de los mismos (investigadores y empresas del primer mundo).

En la Cumbre de la Tierra de Río de Janeiro (1992) el Convenio sobre Diversidad Biológica (CBD) pretendió establecer las bases de un nuevo sistema más equitativo para el disfrute de dichos recursos. La idea consiste en conjugar el libre comercio de recursos genéticos, el intercambio de tecnologías y la justa compensación a los países donadores de germoplasma, lo que se espera redunde a su vez en desarrollo sostenible y preservación de los recursos vivos. El artículo 1 del CBD contiene los objetivos generales del Convenio: conservación de la diversidad biológica, uso sostenible de los recursos genéticos y reparto equitativo de los beneficios resultantes. Los redactores del Convenio pretenden la integración del libre comercio de los recursos genéticos (artículo 15) con el intercambio de tecnologías (artículo 16) y la compensación justa por el acceso a los recursos biológicos de otros (artículo 19). Se espera que en los próximos años, hacia el entorno del 2000, la Conferencia de las Partes llegue a un mecanismo consensuado que mejore el acceso a los recursos genéticos de los países tropicales, garantizándoles compensaciones justas.

Este acuerdo prometedor (si se desarrolla adecuadamente) ha sido ratificado por más de 170 países, pero no por los EE.UU., a pesar del apoyo inicial de la industria biotecnológica y de los ecologistas: aunque el presidente Cinton firmó el CBD en 1993, a última hora, las suspicacias contra la regulación internacional relativa a la bioseguridad y las dudas sobre la protección de patentes biotecnológicas, junto con la mayoría republicana en el Senado, hicieron que la prevista ratificación pasara al limbo (lo que da idea de por dónde van los tiros en la cooperación al desarrollo que últimamente despliega la superpotencia). Sin embargo...

(...) "el recurso al potencial genético como una palanca que actúa en el mercado mundial representa una poderosa atracción para los países en vías de desarrollo. Los científicos y las empresas de las sociedades avanzadas deben reconocer el valor de los recursos genéticos y de lo que éstos significan para los países en desarrollo. Con este reconocimiento, los científicos y la industria podrán superar una visión alicorta que les coloca en peligro de dejar pasar una oportunidad ganadora en una perspectiva global y estratégica de la investigación y el desarrollo tecnológico que persiga el futuro más solidario y prometedor respecto del medio ambiente" (E. Muñoz, 1998 b, p. 55).

Lo que hay que resolver pues es el marco que se crea para vincular equidad (compensaciones a los países en desarrollo) con acceso de los países ricos a los recursos de los países poseedores de esa biodiversidad. En resumidas cuentas, ¿cómo se paga a los países donantes de los recursos genéticos buscados por los países occidentales? A la espera de que se tome en serio la aplicación del CBD, podemos tomar nota de algunas experiencias e ideas sobre cómo repartir los beneficios de la biodiversidad de manera justa y equitativa:

En 1991 se firmó un acuerdo entre la Merck y el Instituto de Biodiversidad (InBio) de Costa Rica: éste se comprometía a suministrar a la empresa muestras de insectos, plantas y microorganismos para su programa de bioprospección farmacéutica; a cambio, la multinacional transfirió al InBio más de un millón de dólares, amén de un porcentaje (entre 0.25 y 3%) sobre los royalties de los productos desarrollados a partir de las muestras. (Es probable, de todos modos, que ese porcentaje no haya sido especialmente generoso para el bello país centroamericano, habida cuenta de que un proyecto de bioprospección en el estadounidense Parque Nacional Yellowstone previó participación en un 10%). Quizá más interesante aún, la Merck suministró asistencia técnica y formación para ayudar a Costa Rica a montar infraestructuras biotecnológicas, y el InBio se comprometió a dedicar 10% del pago en efectivo y 50% de las participaciones en royalties para financiar el fondo del sistema de Parques Nacionales del país. Lo novedoso del acuerdo, era pues, que su misión es la conservación del patrimonio natural de una nación riquísima en biodiversidad.La Healing Forest Conservancy de Washington está desarrollando principios para que las empresas privadas compensen a los países que firmen acuerdos por el uso medicinal de su biodiversidad, independientemente de su origen.Son interesantes las experiencias de colaboración directa entre empresas u organismos del mundo desarrollado y comunidades locales o grupos indígenas, ya que en principio se garantiza un retorno y gestión más inmediatos de sus beneficios a la población responsable y conocedora de los secretos de su propio patrimonio biológico.

Este es el caso de acuerdos entre Shaman Pharmaceuticals y tribus indígenas, con el aliciente de que la empresa retorna compensaciones independientemente de que se originen productos rentables a corto o medio plazo. Los países del Pacto Andino (Bolivia, Colombia, Ecuador, Perú y Venezuela) firmaron en 1993 un acuerdo de derechos de criadores de plantas en el que se considera igualmente la necesidad de que los beneficios reviertan directamente en las comunidades indígenas. En Filipinas, un decreto presidencial de 1995 establece que la bioprospección de recursos en terrenos indígenas debe contar con el consentimiento previo de las comunidades, y que debe prever pago en forma de participación en royalties y retornos directos a las poblaciones locales.En 1993 se firmó un acuerdo entre el Jardín Botánico de Nueva York y la Federación de tribus Awa de Ecuador que reconocía una serie de prerrogativas para esa etnia derivadas de la labor de recogida de muestras.El Gobierno de EE.UU. a través de la NSF y los NIH ha patrocinado el ICBG (Grupo de Cooperación en Biodiversidad Internacional), con una red de proyectos piloto de bioprospección en varios lugares (Nigeria, Camerún, Latinoamérica). Los países anfitriones pueden obtener apoyos financieros para comunidades locales, inversión en investigación sobre enfermedades prevalentes, grandes porcentajes de royalties por productos desarrollados, y apoyo a centros de investigación.

No todo es positivo en algunas de estas experiencias que ligan la bioprospección con la conservación de la biodiversidad y las compensaciones por su uso. El citado acuerdo entre la Merck y el InBio daba derechos exclusivos de explotación a esa multinacional, impidiendo la entrada de otros participantes. Igualmente el Servicio de Parques Nacionales de EE.UU. parece estar por la idea de que pague todo aquel que quiera explorar sur recursos. Aunque es comprensible esta postura, especialmente en el caso de los países en desarrollo (en la medida que en ellos el obtener beneficios es uno de los pocos incentivos económicos que pueden tener para conservar sus zonas naturales), tal como se está desarrollando, a base de acuerdos exclusivos, va en contra del espíritu y la letra del Convenio de Biodiversidad de Río. La idea de esta cumbre no era fomentar acuerdos bilaterales que impidieran la entrada de otros agentes, sino el libre acceso a los recursos genéticos a cambio de justas compensaciones. Pero habría que proteger el trabajo sin intereses comerciales que tradicionalmente han desarrollado los científicos en las áreas naturales, trabajo que por lo demás sienta las bases para el conocimiento de la biodiversidad, sin el cual la ulterior explotación económica no podría avanzar.

Volviendo al núcleo del Convenio de Biodiversidad, su aplicación está encontrando problemas debido a su eventual colisión con el acuerdo TRIPs (aspectos comerciales de los derechos de propiedad intelectual) de la OMC (Organización Mundial de Comercio). Uno de los puntos de fricción emana de que el TRIPs no prevé que se requiera pedir consulta al país o comunidades locales de las que surgió la materia prima biológica de la que se deriva una patente, ni que se les compense por ello. Actualmente, los países desarrollados ya han incorporado dicho acuerdo, y algunos de los países en desarrollo (India, China, muchos de Latinoamérica) tienen el proceso muy adelantado. El resto tienen de margen hasta el año 2005, pero los países africanos son muy reticentes, y de hecho, en el seno de la Organización para la Unidad Africana (OUA) se está aludiendo al carácter "depredador" de este acuerdo, y están intentando que se les conceda otro régimen diferente (en el que la patente reconozca la "propiedad" y contribución de los pueblos indígenas). Esto nos remite a la idea de fondo de todo esto: ¿es ético que los países ricos disfruten de la protección a toda costa de las patentes, sin dar nada a cambio de que en algunas de ellas se haya partido de material del mundo en desarrollo, y apostando todo al juego del "libre" mercado, caiga quien caiga? ¿Es justo que se amenace con sanciones comerciales a países pobres que no quieran o puedan entrar en este juego, y que en cambio les estemos escatimando compensaciones por la salvaguardia en el pasado y el posible uso futuro de su biodiversidad, del que principalmente se beneficia el mundo rico?

Puede que la clave para salir del embrollo sea la flexibilidad en la aplicación de los acuerdos. No cabe duda que el TRIPs favorecerá más a los países dotados de una buena infraestructura comercial y de investigación, incluyendo a algunos grandes países del Sur capaces de jugar fuerte en los mercados globales, pero ahondará las diferencias con respecto a muchas naciones en desarrollo. El acuerdo TRIPs debería tener en cuenta las idiosincrasias de esos últimos países, reconociendo derechos a comunidades indígenas y evitando mayores disrupciones en sus sistemas socioeconómicos. Las empresas del Norte deberían llegar a acuerdos de explotación de biodiversidad con esos países que redundaran en un aumento de su sistema de I+D y en protección de biodiversidad, factores que contribuirían a su desarrollo y a una mayor participación en las transacciones globales. Puede que para países especialmente pobres se requiera igualmente una serie de exenciones en la aplicación de los derechos de patentes.

7. Más allá de la bioprospección

A pesar de algunos de los ejemplos de compensaciones por bioprospección citados arriba, y del clima de expectación creado alrededor de los artículos correspondientes del Convenio de Biodiversidad, no hay que caer en triunfalismos (Macilwain, 1998): según muchos expertos, las posibilidades de la bioprospección (y sus eventuales contrapartidas a países en vías de desarrollo) no tienen visos de que vayan a ser muy espectaculares a corto o medio plazo, y esto por varias razones:

las empresas farmacéuticas están apostando fuerte por técnicas de química combinatoria, rastreando de modo automatizado miles de compuestos y variantes generados aleatoriamente, mientras que con suerte, hoy por hoy sólo una de cada 250.000 moléculas naturales encuentran salida a mercado. Las multinacionales Abbott y SmithKline Beecham han abandonado sus programas de búsqueda de productos naturales y se han centrado en el enfoque combinatorio.La base taxonómica para realizar búsquedas en fuentes naturales no está aún bien desarrollada, y las estrategias de rastreo de productos útiles siguen haciéndose de modo empírico. De todas formas, cabe la opción de buscar específicamente en plantas u otros organismos que las tradiciones de los pueblos indígenas vienen usando secularmente (algunos grandes jardines botánicos occidentales van en este sentido).Aunque se pueden idear estrategias mixtas de búsqueda de productos naturales sobre base taxonómica y síntesis química, muchas compañías no terminan de encontrarlas atractivas económicamente.Hay empresas que no están dispuestas a aceptar las condiciones para acuerdos que pretenden imponer algunos países proveedores de biodiversidad. Macilwain lo expresa de esta manera: "La brecha entre lo que el mundo desarrollado quiere de la biodiversidad y lo que el mundo en desarrollo piensa que debería ganar de ello, parece estar ampliándose".Muchos analistas conceden que hay futuro para la bioprospección genómica, pero para que esto rinda comercialmente, deberemos esperar varios lustros, a que se terminen proyectos genoma modelo, y empecemos a poder explotar la información de multitud de especies. De cualquier manera, las grandes multinacionales seguramente van a depender cada vez más de los datos electrónicos y menos de la bioprospección "de campo", lo que en principio no es una buena noticia para los países en desarrollo. Piénsese en empresas como TIGR, que ya secuencian decenas de microorganismos al año, y que guardan información suficiente para desarrollar multitud de productos en los próximos decenios sin depender de acuerdos con países del Sur. De cualquier manera, a medio plazo se acentuará la discusión sobre los derechos de propiedad intelectual: cuando la genómica funcional identifique genes útiles a partir de plantas cuyo origen reside en países del Tercer Mundo, ¿se va compartir con ellos los beneficios económicos?

Si lo que se pretende es llegar a un mayor aprovechamiento de la biodiversidad para que los países del sur avancen hacia un desarrollo sostenible, con o sin biotecnología, habría que hacer más cosas:

No hay que dar tanta importancia al pago de royalties por la bioprospección. Según algunos, esto, por sí solo no es suficiente para incentivar la conservación de la biodiversidad. Hay que cuidar la toma de medidas por parte de los países ricos en biodiversidad, para que puedan beneficiarse más:

Concretamente, estas naciones deberían poner en marcha programas de catalogación y manejo de la biodiversidad, colecciones botánicas, preparación de extractos y rastreo (screening) de productos naturales, y no esperar a tomar decisiones en función de los intereses de las entidades bioprospectoras.

Un área donde los países en desarrollo pueden participar sin grandes gastos es la catalogación electrónica: cualquier tipo de dato relevante (ecosistemas, diversidad de especies, usos de las mismas, conocimientos locales, etc.) puede integrarse en bases de datos relacionadas entre sí y vinculadas, vía Internet, con otras bases de datos repartidas por todo el mundo, lo que crea un caudal de conocimiento que de por sí tiene interés económico, independientemente de que luego pueda encontrarse alguna aplicación. Países como Costa Rica y México ya han emprendido decididos pasos en este sentido.Igualmente, hay que evitar la tendencia de estos países a centrarse demasiado en la transferencia inmediata de tecnología avanzada, y que concedan más valor a la formación de técnicos y científicos, y al establecimiento de instituciones adecuadas capaces de gestionar sus recursos y encarar problemas locales. Este parece ser el enfoque de la colaboración para la bioprospección farmacéutica entre científicos de la Universidad de Utah y Panamá. En este caso, los beneficios inmediatos para el país centroamericano son el apoyo a su propio programa de investigación farmacéutica (centrado en enfermedades tropicales prevalentes en la nación) y la formación de personal cualificado.

Swanson, citado por Muñoz (1998 a, p. 32­34), propone algunas otras ideas de gran alcance:

Que los gobiernos favorezcan políticas de seguros basadas en la preservación de la biodiversidad usada por la biotecnología.Modificación de las políticas que subvencionan los productos agrícolas, que conducen a la sobreexplotación.Incentivación internacional para que los países pobres adopten vías de desarrollo que preserven sus recursos. En este sentido, se habla de establecer un fondo mundial para respaldar la continuidad de la gestión local de los recursos vegetales, como una manera de compensar por el histórico papel en la generación de biodiversidad cultivada.Según Swanson, existen tres posibles modos de adoptar políticas que aumenten los beneficios de esos países cuando invierten en diversidad:

acuerdos internacionales de tipo franquicia que supongan subsidios directos a los países comprometidos con usos sostenibles de sus recursos vivos.Reformas del sistema internacional para el comercio de la vida silvestre que fluye entre hábitats distintos.Incidiendo en algo ya expresado más arriba, se podría establecer un sistema internacional análogo al de propiedad intelectual, por el que se incentivara la biodiversidad.

Según la FAO, el sistema de derechos de propiedad intelectual (DPI) debe ser lo suficientemente flexible como para adaptarse a los objetivos de desarrollo, políticas y prioridades socioeconómicas de los distintos países, pero manteniendo al mismo tiempo la innovación y la aplicación de las nuevas biotecnologías. Los países en desarrollo que ya tengan economías más orientadas al mercado pueden estar más interesados en implantar un buen sistema de derechos de criadores de plantas (DCP),

estimulando la inversión del sector privado y promoviendo la sana competencia y los vínculos entre el sector público y el privado. Los países del Tercer Mundo deben tener cuidado de que el sistema de DPI no restrinja el acceso ni el uso de los recursos genéticos, ni inhiba la promoción de la I+D, ni dañe el entramado socioeconómico.

Aunque ahora no obtengan allí muchos beneficios, las multinacionales deberían cuidar lo que pueden ser mercados estratégicos emergentes en un futuro. Algunas compañías multinacionales han iniciado programas de apoyo al Tercer Mundo.

Monsanto está transfiriendo tecnología a Costa Rica (mejora de bananas, piña, café y palmas) y México (patatas).

Pioneer Hi­Bred trabaja en colaboración con empresas de varios países para mejorar variedades locales de maíz, sorgo y girasol, y posee instalaciones de producción de semillas en varios países en desarrollo.

El Servicio Internacional para la adquisición de Aplicaciones Biotecnológicas (ISAAA) está financiado, aparte del 60% recibido por entidades filantrópicas, y del 30% de agencias bilaterales, por un 10% de empresas biotecnológicas: Novartis, Agrevo, Pioneer y Monsanto.

En resumen: Aún queda casi todo por hacer, comenzando por establecer un sistema legal efectivo de ámbito internacional. En él habrá de responderse a importantes cuestiones prácticas: cómo compensar (condonaciones de deudas, participación en royalties, ayudas monetarias y financieras), a quién compensar (al país, a la región, a las comunidades indígenas, etc.). No menos importante es el tema de la transferencia tecnológica y la potenciación de la investigación y desarrollo de los países más pobres. ¿Será posible adaptar la sofisticada biotecnología occidental al servicio de las múltiples necesidades y contextos ecológicos y culturales de las comunidades en vías de desarrollo? En este sentido no se puede olvidar que cada comunidad es depositaria de una secular sabiduría y modo de vida de la que hay que partir, para aprovechar todo su potencial, de modo que sean las modernas técnicas las que se amolden a las condiciones locales, y no al revés.

Pero en última instancia, de lo que se trata es de algo más que simple cambio de "deuda por conservación" o "deuda por investigación"; ello constituiría un magro pago (para lavar la mala conciencia occidental) a las naciones que poseen la mayor parte de la biodiversidad. Se trataría más bien de crear nuevas relaciones (no meros contratos) en las que los países en desarrollo participen equitativamente en todos los programas biotecnológicos centrados en la biodiversidad, y en los que se asegure un disfrute sostenible de los recursos. Es decir, la clave estriba en la participación en el proceso, y no sólo en compartir algunos beneficios. Ejemplos de algunas de estas formas de participación más equitativa:

Creación de instalaciones en los países suministradores de germoplasma para la recolección, caracterización, extracción y rastreo de biodiversidad potencialmente útil.

Participación de científicos y técnicos locales en todas las fases del desarrollo de proyectos genoma.

Fundación y financiación de centros internacionales de excelencia en los países

preservadores de biodiversidad, dedicados a la producción de riqueza y bienestar mediante las aplicaciones biotecnológicas adaptadas a las necesidades locales.

La biotecnología puede ser una de las piezas en el complejo engranaje, aún por diseñar, de una sociedad ecológicamente sostenible. Pero el modo de pensamiento económico dominante puede ahogar los buenos augurios. Porque dicho pensamiento, convertido en una especie de dogma secular, no tiende a considerar la posibilidad de que los países ricos disminuyan su consumo de energía y de materias primas, o de que existan buenos motivos éticos para hacerlo. Federico Mayor, director general de la UNESCO lo ha expresado claramente: "A menos que distingamos entre desarrollo y crecimiento económico, perderemos el camino hacia el desarrollo sostenible". Las pretensiones de crecimiento de la economía actual están abocadas a provocar el colapso ambiental y social. La biosfera no podría sencillamente sustentar un consumo de materias primas y energía de fuentes tradicionales para todo el mundo al nivel actual de los países ricos. La conclusión es que si queremos estrechar el abismo entre países opulentos y países sumidos en la miseria, y garantizar los derechos de las futuras generaciones a un planeta habitable, la escala de la actividad económica de los ricos debe disminuir para permitir la subida de los países del Sur: necesitamos un paradigma económico no centrado en el crecimiento, sino en el desarrollo para todos de las necesidades y potencialidades humanas más profundas.

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EVALUACION AMBIENTAL DE TRANSGENICOS

1. Desde el corto plazo al largo plazo

Una de las dificultades de la evaluación de riesgos es que no se pueden extrapolar directamente los resultados de pruebas a pequeña escala y a corto plazo con la gran escala y a largo plazo. ¿Cómo se rellena el hiato entre uno y otro? (Dale, 1999).

1.1. Experimentos a corto plazo y liberaciones a largo plazo

El proceso de evaluación de las plantas transgénicas suele ocurrir de la siguiente manera:

1. Una vez que se logra la introducción del gen extraño en la planta, se evalúa su función y estabilidad en el invernadero.

2. A continuación se realizan pequeños ensayos de campo sobre parcelas que totalizan de 50 a 500 metros cuadrados, que dependiendo de la naturaleza de la planta y de la modificación obtenida pueden requerir medidas de contención: separación física entre plantas sexualmente compatibles, uso de cultivos de barrera, eliminación de especies silvestres compatibles, etc.

3. Conforme avanza el proceso de evaluación, se hacen ensayos en varias localidades y distintos ambientes.

Este tipo de pruebas suministran información sobre la estabilidad y expresión del transgén en líneas concretas de plantas, pero no garantizan la obtención de datos completos sobre todos los posibles impactos cuando dichas plantas se cultiven ampliamente.

Hay algunos impactos potenciales que podrían verse afectados por el factor de la escala de la liberación:

transferencia génica a otras plantas por hibridación

efectos en organismos no­diana beneficiosos

interacciones génicas entre diferentes construcciones transgénicas

interacciones entre transgenes y genes residentes en distintos ambientes

cambios en la virulencia de plagas y patógenos en respuesta al uso de genes de resistenciainvasividad de las transgénicas o de su progenie en hábitats silvestres

persistencia de las transgénicas o de su progenie en hábitas agrícolas.

Para ver cómo cerramos el hueco entre impactos a corto y largo plazo o escala de las plantas transgénicas, debemos mirar lo que se sabe al respecto de las plantas tradicionales. Por lo pronto, la mayor parte de las especies naturales son sexualmente incompatibles con las cosechas, de modo que la posibilidad de transferencia génica se puede descartar en estos casos, si bien habrá que mirar hasta qué punto la extensión de la variación genética y ambiental puede afectar la situación de la incompatibilidad sexual. Por otro lado, si se sabe o se descubre que plantas domésticas convencionales forman híbridos con silvestres, se puede suponer fácilmente que lo mismo ocurrirá entre las transgénicas de la misma especie y sus parientes naturales.

Tømmerås y Hindar (1999) nos suministran un ejemplo concreto de las dificultades de evaluación a largo plazo con una especie de largo ciclo de vida, abundante en estado natural o seminatural: el picea (Picea abies). Su estudio sobre este árbol tan prevalente en el Norte de Europa indica que diversos factores nos deben hacer muy cautos a la hora de lanzarnos a implantar sus variantes transgénicas: abundancia de árboles silvestres, capacidad de hibridación, capacidad de propagación, importancia en el ecosistema, dificultad de simulaciones teóricas, etc.

1.2 Cómo desarrollar criterios sobre impactos de las transgénicas

En primer lugar, hay que definir del modo más preciso posible lo que entendemos por impacto, para lo que deberíamos abandonar ideas genéricas, y en lugar hablar caso por caso, según la planta, los genes los ambientes donde se pretende la liberación, y pensar en soluciones para cada uno.

Un aspecto importante es el de cómo se comparan los posibles impactos negativos respecto de los beneficios. Phil Dale pone el siguiente ejemplo: si un cultivo transgénico resistente a insectos reduce en un 20% la población de la beneficiosa

mariquita en un determinado hábitat y periodo, pero también permite reducir significativamente el empleo de insecticidas químicos, ¿cómo se toma la decisión sobre su aprobación o rechazo comercial? Uno de los inconvenientes de muchas regulaciones es que al poner la atención preferente en posibles impactos negativos, descuidan los beneficios y el correspondiente balance entre ambos. Ello puede conducir a un nivel de intolerancia tal que impida la adopción de medidas que, miradas globalmente, podrían ser positivas para el ambiente en relación con prácticas usuales tradicionales.

No nos cansaremos de repetir que no hay actividades humanas de riesgo cero, y que es ilusorio exigir garantías de que cualquier técnica actual no vaya a tener efectos imprevistos dentro de 50 años. De otra manera, nos habríamos quedado encerrados en las cavernas del Paleolítico (período, en el que, por cierto, los riesgos "naturales", incluidos los predadores, golpeaban duramente). Las ciencias predictivas son intrínsecamente incompletas e imperfectas (en caso contrario, tendríamos el don de la premonición).

Para Phil Dale, del prestigioso Instituto John Innes (Reino Unido), el proceso regulador que evalúe las liberaciones y ensayos debe usar lo siguiente:

1. Evidencia de los ensayos experimentales y de mejora realizados por los fitomejoradores, y los relacionados con la evaluación y comparación de variedades. En sus últimas fases, ensayos a gran escala, en varias localidades y con con parcelas en diversos ambientes.

2. Es importante aprender de la ya larga experiencia con las plantas convencionales: la comparación de los riesgos de las transgénicas debe buscar su control o punto de referencia en el comportamiento de las variedades tradicionales.

3. Hay que investigar lo que da de sí el concepto de equivalencia sustancial cuando se aplica al comportamiento ecológico de las transgénicas comparadas con las tradicionales.

4. Hay que aprovechar lo que ya se sabe sobre los rasgos responsables de las características de persistencia e invasividad de plantas, tanto en agroecosistemas como en ecosistemas silvestres.

5. Monitorización (control "ex­post"). Mejorar las estrategias de rastreo y control, y establecer mecanismos jurídicos y políticos aceptables por todos.

2. Flujo de genes en contexto biogeográfico

Al Mazyad y Amman (1999) han avanzado modelos sobre las diferencias en el flujo génico en distintas regiones, algo esencial para la evaluación de los riesgos ecológicos ya sea de cultivos transgénicos o de convencionales, según una estrategia de "especie a especie" y "región a región". Se trata de combinar distintas fuentes de información para detectar híbridos naturales entre especies silvestres y sus parientes domésticas. Al final lo ideal sería establecer categorías de riesgos para el flujo génico natural en cada región ensayada. Para el caso de la futura liberación de plantas transgénicas, se ha de estudiar la distribución biogeográfica y el potencial de hibridación entre las cosechas convencionales y sus parientes silvestres.

Para un primer análisis, las principales fuentes de esos datos pueden ser:

mapas de distribución de las especies vegetales (desde escala local a regional y global)

literatura científica sobre distribución de flora

hojas de herbarios de la región

La combinación de estos datos da una primera visión sobre el flujo génico natural potencial de la región y detecta parientes silvestres que podrían tener intercambio génico con la planta de cultivo. Las hojas de herbarios con largo historial suponen ya indicios de flujo génico a largo plazo.

Para perfeccionar el análisis, hay que emprender excursiones de campo amplias, y recabar información de agrónomos y especialistas locales. Las poblaciones de las que se sospecha que contienen híbridos se examinan en detalle por medio de observación morfológica y análisis genético, para el que se dispone de nuevas herramientas moleculares. La combinación de estas fuentes puede revelar aspectos históricos del flujo génico y casos de hibridación, invasión y declive de especies.

Ejemplos:

se ha visto que en Suiza, la colza silvestre era frecuente en campos de colza cultivada.Igualmente, en Suiza se ha visto que hay hibridaciones entre la alfalfa cultivada y un pariente silvestre. De hecho, la presión genética de la cultivada ha sido tan intensa, que ha llevado a la desaparición de la silvestre en muchas zonas... y esto sin ingeniería genética.

En resumen: la diferenciación biogeográfica tiene que ser considerada en la evaluación de riesgos, especialmente para realizar modelos y evaluar a largo plazo los efectos de las cosechas, transgénicas o no.

En el caso de especies que, como las citadas, hay amplio flujo génico, sería prudente pensar bien el implantar nuevas variantes transgénicas, debido a nuestra ignorancia sobre los efectos a largo plazo de la hibridación, y habida cuenta de los casos históricos de pérdida de identidad genética e incluso extinción de especies silvestres. Pero insistimos, no hay ninguna razón científica para no ser igual de escrupulosos con los cultivos convencionales. En el caso de que los beneficios previstos sean importantes, y se considere inadecuada la prohibición de estas plantas, habría que disponer de mecanismos de control a largo plazo.

3. Evaluación y control del flujo de genes

Klinger y Ellstrand (1999) han revisado el estado actual y la eficacia de los ensayos ecológicos sobre flujo génico a través del polen, y han propuesto mejoras.

3.1 Estado actual de la cuestión

3.1.1 Hibridación

El mismo Ellstrand ya había revisado algunos casos de hibridación entre plantas cultivadas convencionales y parientes silvestres que condujeron a problemas ecológicos (véase resumen). De esos estudios se deduce que igualmente se pueden esperar hibridaciones entre cultivos transgénicos y sus parientes silvestres allá donde

coexistan, algo que ya ha sido sustanciado en el caso de especies de Brassica (a la que pertenece la colza).

Sin embargo, el hecho de que exista flujo génico no significa automáticamente que todas las potenciales hibridaciones sean intrínsecamente peligrosas. Hay que emprender nuevos estudios que determinen la tasa de introducción de transgenes en hierbas silvestres con potencial invasivo, ya que esa tasa influirá tanto en la persistencia como en la diseminación de dichos transgenes en la naturaleza.

A) Tasas de hibridación

Hay aún pocos estudios que hayan determinado tasas de hibridación. Una medida adecuada de esas tasas sería la proporción de semillas híbridas en función de la distancia al cultivo. Usando medidas de polen, un estudio de 1996 estableció que la distancia de dispersión de polen transgénico de colza estaba entre 128 y 172 m, superior a lo que se pensaba anteriormente.

B) Múltiples poblaciones fuente

Este factor se ha medido poco, y es difícil de modelizar, si bien es algo que cada vez es más frecuente en las liberaciones comerciales. Pero se espera que el hecho de que existan varias poblaciones fuente incremente la tasa de introducción de transgenes en las poblaciones silvestres. La tasa de introducción será sensible a una serie de variables, incluyendo el número, tamaño y distancia de las poblaciones fuente. Hay que reconocer que la capacidad de predicción ligada a estos factores es, hoy por hoy, baja.

Además, un factor que complica la situación es que entre las mútiples poblaciones cultivadas habrá diferentes construcciones transgénicas, lo que adicionalmente podría acarrear flujo de un cultivo a otro.

C) Introducciones repetidas

Este factor tampoco ha recibido mucha atención por el momento, pero igualmente se espera que aumente la tasa de flujo génico.

D) Efectos del tamaño de las poblaciones donantes y receptoras

Hasta ahora la mayor parte de los ensayos han usado poblaciones donantes de varios tamaños y poblaciones pequeñas y a menudo aisladas de los receptores, pero como vimos en el caso de los piceas transgénicos, la situación real puede ser la de poblaciones receptoras muy grandes (algo que característico de las especies forestales). Por lo tanto, necesitamos examinar todas las situaciones posibles de relaciones entre poblaciones donantes y receptoras: grandes­grandes, grandes­pequeñas, pequeñas­grandes y pequeñas­pequeñas).

En muchos casos, un factor más importante que el tamaño de la población donante será la cantidad de polen liberado, que a su vez se ve modificada por el sistema de cruce, el vector del polen, período de cosecha en relación con la fenología de la floración, y los rasgos seleccionados o manipulados que puedan alterar la producción de polen.

Más difícil de predecir son los efectos del tamaño de la población receptora. Se necesita más trabajo teórico, con modelos, que pueda indicar la probabilidad de

fijación de mutaciones o transgenes que confieran ventaja, pero de lo realizado hasta ahora se sabe que esto depende de cambios en el tamaño de las poblaciones.

E) Efectos de la ampliación de la escala

Ya dijimos antes que no se pueden extrapolar directamente los resultados de pequeña escala a lo esperable a gran escala, pero el efecto más notable de aumentar el tamaño de la población donante será un aumento asociado de la población de polen liberado. Igualmente, el aumento de la población receptora conllevará mayor número de óvulos dispuestos a ser fertilizados. Claramente, la dinámica del flujo génico desde la cosecha a la especie silvestre queda mejor descrita por el uso de ensayos de tamaño grande, similares a los comerciales, en localidades agrícolas relevantes. Habría que realizar tales ensayos.

F) Fuentes de variabilidad y problemas de cálculo del flujo génico

Las fuentes de variabilidad en el flujo génico por polen incluyen:

cultivar y genotipo de la especie cultivada

tamaño y geometría de las poblaciones donante y receptora

hábitat o ecosistema específico

densidad de plantas

estación del año y año concreto

vector del polen

composición de especies de vectores del polen

etología de los polinizadores

sistema de cruce de las plantas

Esta variabilidad complica la utilidad de emplear rasgos sencillos a la hora de generalizar a múltiples aplicaciones, y podría conducir en algunos casos a subestimar el riesgo.

Un factor con el que hay que contar es la alta variabilidad de eventos dentro de un mismo campo o parcela, por lo que hay que prestar atención a la varianza. Algunos eventos "raros", que quedan enmascarados en las medias estadísticas, pueden tener mucha importancia. Esto significa que el uso de tasas medias de flujo génico puede introducir un sesgo negativo en la estimación del riesgo. Concretamente, eventos de polinización raros pero de gran magnitud podrían introducir genes en poblaciones silvestres a tasas muy superiores a las calculadas sobre la base de la media, creando "puntos calientes" de híbridos transgénicos, que podrían contribuir desproporcionadamente a la dispersión de transgenes. Por lo tanto, los modelos de selección deberían diseñarse contando con este flujo génico del "peor caso", a larga distancia y con alta frecuencia.

3.1.2. Persistencia

Al igual que en las plantas domésticas convencionales, la persistencia de sus genes (en este caso, transgenes) en fondos genéticos silvestres originará hibridación introgresiva. La persistencia se puede calcular como la frecuencia de ocurrencia del transgén o transgenes a lo largo de cierto número de generaciones, inferida a partir de medidas de aptitud biológica (fitness) de los híbridos o de otras medidas (como dormancia comparada de semillas).

La persistencia de transgenes en poblaciones silvestres es verosímil si

1. el rasgo manipulado está favorecido por la selección; y 2. los costes o efectos pleiotrópicos negativos asociados con el transgén son

mínimos. Sin embargo, incluso genes deletéreos pueden mantenerse en las poblaciones naturales en condiciones de constante flujo génico, porque los niveles altos y consistentes de flujo génico superarán los efectos de la selección.

En pequeñas poblaciones receptoras, es menos probable que permanezcan los transgenes porque estas pequeñas poblaciones son más susceptibles a su eliminación o extinción local por las prácticas de los agricultores. Pero a escalas amplias de tiempo, hay que contar con la deriva génica, que puede causar pérdida de heterozigosis y fijación de los alelos.

Algunos ejemplos de persistencia

Un ejemplo no transgénico: en el caso del girasol (Helianthus annus) un estudio seguido a lo largo de cinco generaciones concluyó que:

los alelos neutros de la planta cultivada pudieron escapar y persistir a moderadas frecuencias en poblaciones silvestresgenes neutros o favorables (incluyendo transgenes) pueden tener potencial de escapar y persistir en poblaciones de girasol silvestre.

Un cuidadoso estudio en invernadero con transgén de tolerancia a fosfinotricina en híbridos Brassica rapa x B. napus determinó que éste se transmitía fácilmente aunque con lentitud, pero el hecho de que persistiera durante cuatro generaciones no deja de ser significativo.Otro estudio, esta vez de campo, abordó los efectos del transgén Bt de resistencia a insectos sobre la aptitud biológica en Brassica. Se vio que el transgén confería una ventaja adaptativa tanto en términos de supervivencia como de reproducción incrementadas bajo condiciones de fitofagia por insectos.Estudios del mismo Ellstrand, con sorgo y arroz (y sus respectivos parientes silvestres) revelaron que los híbridos no experimentaban declive de aptitud adaptativa respecto de los silvestres.

3.1.3. Dispersión

La dispersión de transgenes por hibridación requiere una persistencia temporal y una dispersión espacial de las construcciones genética por múltiples generaciones de retrocruzamientos, y estará influida por muchos factores. Desgraciadamente, carecemos casi completamente de datos directos de dispersión de transgenes más allá de la primera generación. Igualmente carecemos de estimaciones sobre tasas de introgresión.

Es importante señalar que la dispersión de transgenes por hibridación estará caracterizada por una dinámica diferente que la de la invasión directa del hábitat por los híbridos no transgénicos, ya que esta última dependerá de la expresión del transgén en el fondo genético silvestre.

3.1.4. Estrategias de confinamiento

El polen de las cosechas transgénicas será difícil, si no imposible, de contener o confinar. Se ha investigado la eficacia de estrategias a base de "trampas de polen" a base de setos no transgénicos que bordean la plantación. Parece que son inefectivas para contener plenamente el flujo génico a las poblaciones externas. Además, será difícil convencer a los agricultores de sembrar tales bordes, que en muchos casos llegan a tener la misma o mayor superficie que la propia plantación transgénica.

3.2. Recomendaciones para el futuro

Se necesitan nuevos estudios de flujo génico con objeto de medir el potencial de hibridación en sistemas aún no evaluados.Se deben determinar los efectos sobre el flujo génico a grandes distancias derivados de poblaciones múltiples, introducciones reiteradas y tamaño de las poblaciones donantes y receptoras.Siempre que sea posible se debe evaluar de modo directo el potencial de persistencia y diseminación de híbridos transgénicos.Se deben diseñar medidas de contención o confinamiento capaces de restringir el flujo génico a grandes distancias.

4. Hacia una mejora de la evaluación ambiental de las transgénicas

En el mismo libro que venimos citando, Gösta Kjellsson (1999) resume el estado actual de la evaluación y control de las transgénicas, señalando la necesidad de nuevos enfoques. En su introducción este autor, del Instituto Danés de Investigación Ambiental, señala que muchos de los problemas y riesgos de las transgénicas son similares a los derivados de la introducción de nuevas cosechas convencionales o de especies exóticas.

4.1. Necesidad de nueva investigación basada en las tendencias recientes en biotecnología y liberaciones en campo

Los principales rasgos actualmente manipulados por transgénesis en plantas son:

tolerancia a herbicidas: los problemas tienen que ver con cómo afectará esto al uso de herbicidas en la práctica agrícola, el manejo de resistencias en vegetación adyacente y los posibles efectos tóxicos en especies diana y no dianaResistencia a plagas y patógenos: un ejemplo de debate es el actual sobre la posible incidencia de las plantas Bt sobre las mariposas monarca.Alteración de rasgos de la planta como altura, color de flores, esterilidad masculina, etc. Hay que investigar si afectar a la capacidad de crecimiento, reproducción y capacidad invasiva o competitiva.Cambios en metabolitos de la planta (ácidos grasos, aminoácidos, fármacos). ¿Puede haber efectos negativos sobre polinizadores, herbívoros, microflora edáfica?Plantas tolerantes a estrés ambientales (salinidad, sequía, heladas): hay que prestar mucha atención, ya que potencialmente estas plantas podrían invadir

hábitats naturales y terrenos marginales, como zonas pantanosas, y afectar a la biodiversidad.

En un futuro, las siguientes generaciones de transgénicas incluirán menos proporción de resistentes a herbicidas, más proporción de resistentes a patógenos, incluyendo virus, bacterias y hongos, y más números de cultivos con metabolitos y composición química alterada para fines particulares (mejora de nutrición, nutracéuticos, vacunas orales).

4.2. Necesidad de un proceso estructurado y jerarquizado de evaluación de riesgos

Se sugiere que un procedimiento de evaluación de transgénicas debería incluir dos tipos de pruebas:

un paquete de tests básicos generales, aplicables a cada nuevo caso

uno o más paquetes de tests específicos para el rasgo insertado. De ellos saldrían datos sobre posibles cambios de aspectos importantes de crecimiento, reproducción y capacidad competitiva. Las pruebas deben incluir no sólo condiciones ideales, sino realizarse en condiciones de estrés que reproduzcan o equivalgan a las que a menudo ocurren en los agroecosistemas (sequías, deficiencia de nutrientes, competición, etc.).

Todos los test debieran ser relativamente sencillos de aplicar, normalizados (estandarizados) y reproducibles (replicables), y habría que emplearlos en paralelo sobre la transgénica y su equivalente no transgénico. Hay que definir criterios de aceptación cuantitativos o cualitativos, que podrían basarse en reuniones de consenso en foros internacionales de especialistas. El análisis de los resultados debería idealmente conducir a respuestas claras que faciliten la toma de decisiones.

Referencias

AL MAZYAD, P.R, K. AMMANN (1999): "Biogeografical assay and natural gene flow", en Methods for Risk Assessment of Transgenic Plants III: Ecological risks and prospects of transgenic plants, K. Amman, Y. Jacot, V. Simonsen y G. Kjellsson (eds.), Basilea: Birkhäuser Verlag, p.95­98.

DALE, P.J. (1999): "Short­term effects, long term effects and standardisation of limits", en Methods for Risk Assessment of Transgenic Plants III: Ecological risks and prospects of transgenic plants, K. Amman, Y. Jacot, V. Simonsen y G. Kjellsson (eds.), Basilea: Birkhäuser Verlag, p. 57­62

KJELLSSON, G. (1999): "Methodological lacunas: the need for new research and methods in risk assessment", en Methods for Risk Assessment of Transgenic Plants III: Ecological risks and prospects of transgenic plants, K. Amman, Y. Jacot, V. Simonsen y G. Kjellsson (eds.), Basilea: Birkhäuser Verlag, p.185­194.

KLINGER, T., N.C ELLSTRAND (1999): "Transgene movement via gene flow: reccomendations for improved biosafety assessment", n Methods for Risk Assessment of Transgenic Plants III: Ecological risks and prospects of transgenic plants, K.

Amman, Y. Jacot, V. Simonsen y G. Kjellsson (eds.), Basilea: Birkhäuser Verlag, p. 129­140.

TØMMERÅS, B., K. HINDAR (1999): "Assessment of long­term environmental impacts of transgenic trees: Norway spruce as a case study", en Methods for Risk Assessment of Transgenic Plants III: Ecological risks and prospects of transgenic plants, K. Amman, Y. Jacot, V. Simonsen y G. Kjellsson (eds.), Basilea: Birkhäuser Verlag, p. 69­75.

INGENIERIA GENETICA Y EL AMBIENTE

1 INTRODUCCIÓN

Aunque la biotecnología actual comprende una gran diversidad de técnicas y procesos susceptibles de utilizar la materia viva o sus componentes para generar bienes y servicios, no cabe duda de que la atención pública se ha centrado en la llamada ingeniería genética, por la novedad que supone introducir y expresar genes de unos organismos en otros no emparentados filogenéticamente, saltando de este modo las barreras reproductivas establecidas por la evolución. La irrupción a comienzos de los 70 de estas novedosas técnicas de manipulación del ADN recombinante in vitro movió a los propios científicos, en una actitud prácticamente sin precedentes, a plantear, en la famosa conferencia de Asilomar (1974), una moratoria sobre ciertos experimentos y fue la base de las primeras directrices enfocadas a evaluar y controlar sus posibles impactos negativos. Con el paso de los años, se comprobó que la técnica en sí no era peligrosa, aunque se regularon investigaciones de riesgo que implicaban combinaciones potencialmente amenazadoras de ciertos genes y microorganismos.

La primera oleada comercial de productos de ingeniería genética se limitó a la conversión de microorganismos o células en cultivo en factorías de proteínas útiles como fármacos, vacunas, aditivos, etc. Los procesos industriales se realizan en los entornos cerrados y fácilmente controlables de las cubas de fermentación, y se encuentran regulados por una serie de normativas y directrices nacionales e internacionales.1[1] Tras más de 25 años, no se ha producido ningún accidente ni se han materializado supuestas amenazas a la seguridad de los trabajadores o del entorno.

A partir de los años 80, y sobre todo en los 90, los organismos genéticamente modificados (OGMs) salen de los laboratorios, primero en pequeños ensayos de campo, y finalmente, en el caso de las plantas transgénicas, en grandes cultivos comerciales, con lo que el debate se ha desplazado hacia la seguridad ambiental y sanitaria. La preocupación por las posibles repercusiones en el entorno ha llevado a

1[1] En la Unión Europea se cuenta con la directiva 90/219 sobre “Uso confinado de microorganismos modificados genéticamente”.

acuñar el neologismo “bioseguridad”, para referirse a las condiciones intrínsecas de los OGMs y de su manejo que garanticen su inocuidad ambiental, y concretamente su no interferencia negativa con las especies silvestres o domesticadas.

Por otro lado, dentro del amplio abanico de tecnologías biológicas, podemos hablar de una Biotecnología ambiental, que se puede definir como “la aplicación específica de la biotecnología a la gestión de problemas ambientales, incluyendo el tratamiento de residuos, el control de la contaminación, y su integración con tecnologías no biológicas” (Scragg, 1999). Su desarrollo ha ido en paralelo con la biotecnología en general, y por lo tanto se puede considerar como relativamente antigua (ej.: tratamiento de aguas), habiendo sido su estrategia básica la de aprovechar e incentivar procesos naturales. Sólo recientemente se han ido añadiendo técnicas más sofisticadas y menos empíricas, muchas de ellas derivadas del ADN recombinante. Obviamente, el objetivo de la biotecnología ambiental es lograr una serie de prácticas económicas y procesos industriales más sostenibles ecológicamente, y en este sentido, hay muchas esperanzas de que su aplicación nos acerque a ese objetivo (p. ej., mediante procesos basados en materiales reciclables, obtención de materiales industriales biodegradables, etc.).

En esta ponencia pretendo repasar sucintamente los dos aspectos a los que se ha aludido:

1. Cuestiones de seguridad biológica (ecológica) de la Ingeniería Genética, especialmente de las plantas transgénicas.

2. Posibilidades de contribución de las modernas técnicas recombinantes a una sociedad más sostenible ecológicamente.

2 ¿INGENIERÍA GENÉTICA FRENTE A MEDIO AMBIENTE?

La disputa sobre la seguridad ambiental de los OGMs presenta dos facetas frecuentemente relacionadas: por un lado, la discusión científica, y por otro lado la discusión social, dependiente esta última de la percepción pública de los riesgos y de datos más o menos seleccionados de la primera.2[2]

El debate académico y de gestión política se centra sobre todo en las plantas transgénicas, que están intentando entrar fuertemente en los mercados, a partir de desarrollos logrados por grandes empresas multinacionales. La cuestión central se puede plantear con la siguiente pregunta: ¿hay algo distinto o especial en la ingeniería genética que justifique una regulación aparte de esta técnica y de todos sus productos, recurriendo a algún paradigma diferente del usado en otras evaluaciones de riesgos? Tras el breve período de moratoria autoimpuesta por los biólogos moleculares bajo el principio de precaución, y con la experiencia de seguridad acumulada tras las primeras directrices, los informes de las altas autoridades científicas llegaron a la conclusión de que la manipulación in vitro del ADN en cuanto técnica, no presenta diferencias

2[2] Los siguientes párrafos son una reelaboración y actualización de Iáñez y Moreno (1997) e Iáñez (2000).

conceptuales significativas de riesgo en comparación con las herramientas clásicas de mejora genética. Los principios biológicos que sustentan la nueva biotecnología son los mismos que los de las manipulaciones clásicas, y se basan en nuestro conocimiento del funcionamiento de los seres vivos y en su historia evolutiva. El corolario es que no se precisarían regulaciones especiales a la hora de evaluar los riesgos ambientales o de otro tipo de la ingeniería genética. Por lo tanto, el riesgo de los OGMs debe medirse y gestionarse de modo similar a los de otros organismos, a saber, en función del uso previsto en cada caso (como alimentos, como plaguicidas biológicos, etc.) y de su riesgo intrínseco (no es lo mismo un tomate que madura más lentamente, que uno que incorpora un gen determinante de alguna toxina para mamíferos). Tanto si deseáramos liberar en el medio ambiente un OGM como un organismo mejorado por técnicas tradicionales, o incluso un organismo silvestre fuera de su área natural, habría que tener en cuenta el mismo tipo de factores y recurrir al mismo marco conceptual y metodológico.

En este sentido algunos autores (Barton et al., 1997; Miller et al., 1995) han propuesto algoritmos o jerarquización de organismos de cualquier clase en función de su riesgo potencial, dependiente a su vez de diversos factores: potencial de colonización (p. ej., en el caso de plantas de cultivo, la probabilidad de que puedan convertirse en malas hierbas; los gatos, perros, y ganado, exportados a islas han ocasionado extinción de muchas especies), distancia geográfica entre el organismo a introducir y su centro de origen (no es lo mismo cultivar maíz transgénico en Europa, donde no hay parientes silvestres, que hacerlo en México, donde crece el teosinte), posibles relaciones ecológicas con organismos indígenas, etc. De este modo, se podría argumentar científicamente sobre la pertinencia o no de ciertas liberaciones, independientemente del modo de producción del organismo en cuestión.

Este tipo de paradigma evaluador es el que se va imponiendo en los EE.UU., y sobre todo en Canadá, que de este modo han impulsado sus industrias biotecnológicas, especialmente las multinacionales de semillas y productos agrobiológicos. La legislación europea3[3] sigue anclada en una visión suspicaz de la ingeniería genética, dentro de un marco que prefiere regular la biotecnología en sí y no los productos por su riesgo intrínseco. No es de extrañar la preocupación del complejo biotecnológico industrial de nuestro continente (muy bien situado en principio en biotecnología), que ve impotente cómo se amplía su desventaja competitiva respecto de sus homólogos norteamericanos.

A pesar de que en los EE.UU. la política regulativa mayoritariamente ha dado el placet a la biotecnología y sus productos, incluso allí sigue la disputa científica, con dos bandos bien diferenciados: por un lado los biotecnólogos y gran parte de los biólogos moleculares, y por otro los ecólogos, genéticos de poblaciones y biólogos de campo.

Pasamos a comentar los debates concretos que se están planteando sobre los posibles riesgos ecológicos de los OGMs.4[4]

3[3] Especialmente la directiva 90/220 sobre “Liberación deliberada de organismos genéticamente modificados”.

2.1 Sobre el salto de barreras evolutivas y la precisión del proceso de mejora

Algunos rechazan la idea de que la introducción en un organismo de un gen de una especie filogenéticamente no relacionada sea algo equivalente a la mejora tradicional: en el primer caso creamos una combinación inverosímil en la naturaleza (por ejemplo, un gen bacteriano en una planta superior, o viceversa), mientras que en el segundo estamos limitados por las barreras evolutivas que la naturaleza ha impuesto al intercambio sexual de material genético entre especies.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que en la mejora tradicional forzamos a menudo la mezcla de genomas completos de especies e incluso de géneros diferentes que en la naturaleza no se hibridan espontáneamente, o en todo caso lo hacen raramente. (P. ej., se recurre a procesos “artificiales” de rescate de embriones híbridos tras no menos artificiales formas de polinización manual y cultivo de embriones).

Por otro lado, desde el punto de vista de la precisión, la Ingeniería Genética sólo introduce unos pocos genes perfectamente caracterizados. En cambio, en la hibridación tradicional para lograr la introgresión de rasgos deseados se transfiere simultáneamente una enorme cantidad de material genético no caracterizado, y del que se desconoce sus posibles impactos y efectos indeseables.

De todas formas, aún quedan algunos parámetros por mejorar en la I.G. vegetal:

Número de copias del gen introducido

Con el método de Agrobacterium, se transfiere de vez en cuando parte de material genético del vector adyacente al ADN­T.Inserción del gen: lo ideal sería lograrla en lugares predeterminados.

Muchas variedades tradicionales se seleccionaron tras inducción de mutaciones aleatorias por irradiación o por agentes químicos. Hay que recordar que el procesamiento ulterior del material mutagenizado sólo está enfocado a seleccionar y eventualmente caracterizar las mutaciones responsables de rasgos agronómicos deseables, pero casi siempre deja sin caracterizar las eventuales mutaciones producidas en otras partes del genoma (incluidas grandes reordenaciones y traslocaciones), y de las que nada se sabe de sus efectos. Nunca se ha emprendido un estudio sistemático de los posibles riesgos de ese material genético alterado y no caracterizado. Sin embargo, estamos consumiendo todos los días productos derivados de estas plantas obtenidas con métodos relativamente chapuceros, sin que nadie haya levantado la voz de alarma. Si quisiéramos mantener la más elemental lógica, deberíamos pedir para ellas al menos los mismos controles que pretendemos para los transgénicos, o bien reconocer que, a fortiori, la técnica transgénica, al ser más

4[4] En esta ponencia no aludiré especialmente al empleo de las metáforas y la retórica por parte de los diferentes grupos de intereses implicados en el debate. Para ello remito a los lectores al ensayo de Miguel Moreno (1999).

precisa y transferir menos genes, presenta como mínimo, el mismo nivel de riesgos asumidos para la mejora tradicional.

Algunos ecologistas hablan de que las plantas transgénicas son “monstruos genéticos” debido a esos genes adicionales foráneos. Pero tenemos varios ejemplos de plantas de cultivo tradicionales que se pueden considerar con mayor razón como anomalías genéticas, porque su obtención ha dado lugar a auténticas mezclas de genomas de especies distintas (y sin embargo, los ecologistas no parecen preocupados por tales “monstruos”), y a veces recurriendo a inducción de poliploidía mediante colchicina.

El ejemplo más conspicuo es el triticale, obtenido hace más de 60 años por cruce de trigo y centeno, y cultivado en más de un millón de hectáreas en Canadá, México y Europa oriental.Hay también híbridos entre sorgo y trigo.

Centeno forrajero y tréboles poliploides artificiales.

2.2 Sobre la posibilidad de “contaminación genética” por transferencia de transgenes

Según los ecólogos, la posibilidad de transferencia horizontal añade un riesgo a los productos transgénicos, permitiendo la contaminación genética de otras especies. Determinadas plantas de cultivo tienen cierta facilidad para cruzarse con parientes silvestres que puedan estar presentes en las cercanías: colza, calabacín, girasol, sorgo.

Recientemente se está confirmando que en algunos casos se puede producir “transferencia horizontal” de genes desde plantas transgénicas a no transgénicas que crezcan en su proximidad, mediante el polen de las primeras. Aunque es cierto que en la naturaleza existe tal transferencia horizontal, desconocemos todavía su significado evolutivo y ecológico, por lo que aún no se dispone de una visión sobre los riesgos que en este sentido pueden conllevar los organismos transgénicos. Pero no se puede olvidar que las plantas de cultivo convencionales son fuente de transferencia horizontal a parientes silvestres, y que se ha documentado que este flujo génico ha sido responsable de varios fenómenos ecológicos indeseables: formación de híbridos e introgresión de alelos domésticos en plantas silvestres, con pérdida de identidad genética de estos, conversión de híbridos en malezas a veces muy agresivas, e incluso extinción de plantas silvestres o variedades cultivadas locales (Ellstrand et al. 1999). Por lo tanto, los posibles problemas ecológicos de las plantas logradas por ingeniería genética no serán muy diferentes, pero esto significa que la regulación debería tener el mismo rigor en ambas clases de cultivos.

En general, la magnitud de transferencias génicas entre plantas cultivadas (transgénicas o convencionales) dependerá de una serie de factores:

Compatibilidad sexual entre la planta cultivada y parientes silvestres de las cercanías del cultivoperíodo de floración de la planta cultivada y la silvestre (si no coinciden, el riesgo es

menor) fertilidad de los híbridos

ventaja selectiva de los híbridos.

Varios estudios emprendidos en Francia, Dinamarca y EE.UU. indican el escape de genes de resistencia a herbicidas desde plantas transgénicas a parientes silvestres.

Otro estudio francés reveló que colza genéticamente manipulada para hacerla resistente a herbicida producía descendencia fértil cuando se cruzaba con su pariente el rábano silvestre (si bien los genes de resistencia se iban diluyendo en sucesivas generaciones).

Una investigación en Molecular Ecology (vol. 11:1733, [1999]) indica la posibilidad de transferencia génica entre remolacha cultivada (Beta vulgarias) y silvestre (B. maritima), independientemente de que la cultivada sea o no transgénica. Sin embargo, en Italia las dos especies llevan más de un siglo conviviendo, sin que se hayan producido alteraciones ecológicas por este hecho. En el caso de plantas transgéncas, el impacto de un posible flujo génico dependerá en parte de eventuales ventajas selectivas del rasgo introducido. Pero en un estudio con remolacha transgénica resistente a la rizomania no ha evidenciado efectos adversos sobre las variedades silvestres.

Varios genéticos vegetales aducen que hay abundantes pruebas de que en ausencia de presión selectiva, un rasgo neutro que pasara a un pariente silvestre, se perdería al cabo de unas pocas generaciones. En el caso de rasgos con ventajas selectivas, habría que estudiar caso por caso, ya que el efecto de cada gen sobre la fitness biológica difiere de unos a otros.

La propia biología ha revelado en años recientes que la transferencia horizontal de genes es un hecho natural, incluso entre ciertos microorganismos y plantas, y que ha debido jugar un papel en la evolución de la vida. Sin embargo, hay que usar con cautela este argumento, puesto que se puede esgrimir que los procesos naturales son más lentos que los artificiales, y han superado la prueba de la evolución tras millones de años.

La posibilidad de transferencia horizontal, especialmente a través del polen, a especies silvestres relacionadas con la cultivada transgénica es algo que hay que estudiar en profundidad, sobre todo desde el punto de vista ecológico y de genética de poblaciones. Por ejemplo, aún no se sabe a ciencia cierta qué podría pasar si el gen de resistencia a ciertos virus incorporado en líneas de calabacín se transfiriera a parientes silvestres. A priori no se puede descartar que se produjera una mala hierba resistente a virus, que podría crecer incontroladamente.

Así pues, la cuestión clave no es si hay transferencia horizontal de genes, ya que esto ocurre de modo natural cuando se forman híbridos entre especies, sino si el producto de esa polinización cruzada presenta algún peligro.

Algunas estrategias para disminuir la posibilidad de creación de híbridos:

Introducción de los transgenes en los cloroplastos (no transmisión por el polen)

Esterilidad masculina (la planta transgénica no produce polen)

Esterilidad de semilla (parecido a la tecnología Terminator)

2.3 Sobre la posibilidad de que las plantas manipuladas o los híbridos con silvestres se conviertan en malas hierbas

Tampoco esta es una posibilidad exclusiva de las plantas transgénicas, ya que algunas especies cultivadas tienen cierta tendencia a asilvestrarse. Para especies como el maíz o la soja, con una larga historia de domesticación, esto es improbable, y a priori no hay razones científicas claras por las que una planta portadora de un rasgo agronómico adicional pueda convertirse en maleza (García Olmedo, 1998, p. 181).

Sin embargo, se desconoce qué pasaría cuando existan millones de hectáreas de plantas transgénicas con diferentes transgenes: ¿podría haber un efecto en eventuales híbridos que adquirieran varios genes que les confirieran alguna ventaja selectiva? (véase p. ej., Mayer 1999; Johnson y Hope 2000).

De todas formas, hay algunas manipulaciones intrínsecamente más peligrosas: por ejemplo, la de convertir a especies de gramíneas cespitosas (por ejemplo, para campos de golf) en resistentes a herbicidas, porque aquí si existe un riesgo alto de diseminación e invasión de ecosistemas. Este tipo de plantas deberían prohibirse o regularse estrictamente.

De nuevo tenemos que reflexionar sobre el equivalente no biotecnológico de las amenazas de generación de malas hierbas: los ecologistas descuidan a menudo la crítica sobre la práctica habitual de introducir especies exóticas fuera de su hábitat:

Las auténticas “supermalezas” son plantas introducidas fuera de su área natural de distribución. En el Reino Unido, y debido sobre todo a introducciones por jardineros, hay actualmente nada menos que 3000 especies exóticas, el doble que las especies indígenas (Cfr. Trewasas 1999). Algunas de ellas, como Rhododendron ponticum, causan graves problemas ambientales, incluida la invasión de ecosistemas, siendo algunas de ellas resistentes a su eliminación con herbicidas. Al menos 60 de estas especies han formado híbridos con especies nativas, generando nuevos problemas ambientales y contribuyendo a la pérdida de diversidad genética natural. ¿Para cuándo harán los ecologistas las agresivas campañas que estos invasores indeseables merecen con mucha mayor fuerza que las plantas de cultivo manipuladas y evaluadas sistemáticamente?

La reciente revisión de Ellstrand et al.. (1999) documenta numerosos ejemplos de producción de malezas por parte de cultivos no transgénicos.

Desde hace 50 años se conocen plantas silvestres y cultivadas que, de forma natural, son resistentes a algún herbicida. Existe una variedad de soja (Synchrony) que se obtuvo por técnicas tradicionales para hacerla resistente a los herbicidas de sulfonil­urea. La pregunta elemental es: ¿admitimos esta variante simplemente porque no intervino en ella la Ingeniería genética, y en cambio nos opondremos si transferimos por biotecnología moderna tal rasgo a nuevas plantas? ¿Qué decir de

variantes "naturales" de colza que son resistentes al herbicida glifosato? ¿Son buenas estas variantes y malas las obtenidas con el mismo rasgo por transgénesis?

Lo que sí es cierto es que algunas manipulaciones merecen ser estudiadas en detalle, por sus posibles efectos ecológicos perturbadores: tal es el caso de las hierbas perennes resistentes a herbicidas y los peces de acuicultura resistentes a frío o de rápido crecimiento, que presentan un alto potencial de contaminación genética de congéneres silvestres. Sería como mínimo prudente establecer una moratoria sobre tal tipo de manipulaciones comerciales.

2.4 Sobre la posibilidad de interacciones ecológicas no previstas

Otro tipo de impacto potencial sería el derivado de interacciones ecológicas indeseables del cultivo modificado, por ejemplo, incentivación de las poblaciones de plagas o efectos negativos sobre organismos beneficiosos. Es difícil evaluar los efectos a largo plazo de los OGMs sobre la biodiversidad, ya que aún no se dispone de una ecología predictiva, pero no cabe duda de que sería arriesgado, sin buenos estudios previos, permitir el cultivo en gran escala de plantas manipuladas cerca de los respectivos centros de origen. Esto afecta especialmente a ciertos países en desarrollo (México, parte de Sudamérica, Sudeste asiático).

Algunos de los aspectos de interacciones ecológicas a estudiar:

Mecanismos y resultados previstos de las interacciones entre el OGM y los organismos diana (ej.: insectos dañinos)Identificación y descripción de organismos no diana que pudieran ser afectados por un accidenteProbabilidad de cambios en las interacciones biológicas o espectro de huéspedes tras la liberaciónEfectos conocidos o predichos sobre organismos no diana, impacto sobre los niveles de población de competidores (presas, huéspedes, simbiontes, predadores, parásitos y patógenos).Implicación conocida o prevista en procesos biogeoquímicos

Otras interacciones con el ambiente.

2.5 Sobre los riesgos de erosión genética

Se argumenta a menudo que la biotecnología acentuará el fenómeno de “erosión genética” de las plantas de cultivo, con los consiguientes riesgos de vulnerabilidad frente a plagas y factores ambientales adversos. Pero la pérdida de variedades de plantas y animales domésticos es un fenómeno que no tiene necesariamente que ir asociado con esta tecnología, sino que se lleva produciendo desde la Revolución Verde, cuando en muchos lugares del mundo se adoptaron unas cuantas variedades de alto rendimiento dependientes de insumos agroquímicos externos. Más bien se puede decir que si la biotecnología agrícola termina integrándose en las estrategias habituales de las grandes multinacionales, estaremos dando nuevos pasos en un

camino abierto hace tiempo. Pero igualmente es posible (al menos técnicamente) una biotecnología al servicio de la mejora y diseminación de variedades locales adaptadas a la agricultura de los países pobres, como modo de ayudarles a su seguridad alimentaria futura.5[5] Por lo tanto, no hay nada intrínseco en la biotecnología que la aboque a acentuar la pérdida de biodiversidad cultivada, sino que este eventual resultado depende más bien de la imposición de intereses comerciales de las empresas del mundo desarrollado sobre otras consideraciones y de las prácticas agrícolas adoptadas .6[6]

2.6 Los conceptos de riesgo y el principio de precaución

En resumidas cuentas, y de acuerdo con la opinión de muchos autores (véase p. ej., Dale 1999), aunque estoy a favor de que se regulen los productos de la biotecnología en relación a sus posibles impactos ecológicos, la lógica científica parece indicar que no hay ninguna razón para no aplicar los mismos criterios evaluadores a los productos de la mejora tradicional, usando siempre la mejor ciencia del momento, pero evitando limitaciones inútiles que no se justifican por los conocimientos establecidos y la experiencia previa. Un efecto positivo de todo el debate en curso debería ser el de reevaluar el impacto de todas las prácticas agrícolas sobre el medio ambiente, incluyendo la biodiversidad. E incluso prestar más atención a la introducción deliberada o accidental de especies exóticas, que desde tiempos antiguos se vienen asentando en lugares distintos a sus áreas biogeográficas, y que sabemos que han dado origen a disrupciones ecológicas importantes, incluyendo extinción de especies autóctonas.

La aclaración de estas cuestiones requiere un nuevo tipo de estudios interdisciplinares difíciles de realizar ya que supone la interacción de científicos con lenguajes y presupuestos epistemológicos diferentes (racionalidades contrapuestas, como dice Emilio Muñoz) y se necesita una buena financiación y coordinación institucional.

5[5] Los Institutos Internacionales de Investigación Agrícola radicados en países en desarrollo, agrupados en el CGIAR, y que desempeñaron un papel clave en el aumento de producción de alimentos de los años 60 y 70, están aplicando las modernas técnicas moleculares en sus nuevos programas de mejora, desde la caracterización del germoplasma de sus ricos bancos de semillas en busca de nuevos rasgos útiles, hasta el diseño de variedades transgénicas adaptadas a los cultivos de subsistencia de los que dependen millones de personas. Véase un tratamiento exhaustivo del tema en Sasson (1998).6[6] Algo parecido se puede decir sobre los efectos ambientales que podrían suponer los eventuales cambios de prácticas agrarias ligadas a las nuevas variedades transgénicas. Es difícil por ahora hacer predicciones, pero también hay que tener en cuenta la diversidad de sistemas agrarios. Por ejemplo, en los EE.UU. las áreas silvestres están lejos de los grandes “cinturones” de monocultivos, mientras que en gran parte de Europa las cosechas alternan con zonas marginales (que sirven de refugio a plantas y animales silvestres) y áreas naturales protegidas.

En relación con todo esto, ha sido muy debatido el llamado “principio de precaución”, según el cual la inexistencia de evidencias empíricas sobre posibles daños (o incluso la “sospecha” de que se puedan producir) es suficiente para imponer prohibiciones sobre el cultivo de OGM o regulaciones estrictas. Tiende a olvidar el cúmulo de estudios (a menudo subvencionados por las propias administraciones reguladoras) que apoyan el hecho de que los riesgos de los OGM no son superiores a los de los organismos convencionales. Además, el uso sesgado y abusivo de este principio puede esconder el deseo de proseguir por otros medios con políticas proteccionistas, y obstaculizar el curso de investigaciones aplicadas potencialmente beneficiosas.7[7] El principio de precaución está en permanente peligro de cortar todo intento de liberar cualquier tipo de OGM, pues siempre habrá alguien que pueda inventar hipótesis alambicadas sobre posibles riesgos que no hayan sido descartados previamente (para un análisis de la ambigüedad de este principio, Muñoz 2000).

Pero aunque no podamos predecir los efectos ambientales a largo plazo de los OGMs, esto no es un rasgo exclusivo de la biotecnología, sino que se puede predicar de otras tecnologías (muchas de las cuales, sí sabemos que tienen efectos negativos reales, no hipotéticos). Como dice García Olmedo (1998, p. 178), no existen actividades humanas de riesgo cero, sino con riesgos relativos que hay que ir evaluando progresivamente (con la mejor ciencia del momento) y sopesándolos con los beneficios que se puedan derivar. El riesgo y la seguridad cobran relevancia moral sólo cuando plantean ulteriores cuestiones sobre la responsabilidad y la justificabilidad (Straughan, 2000). En este sentido, la biotecnología no es una excepción, pero también hay que constatar que tras casi 30 años, no ha habido accidentes dignos de mención, y se ha dedicado una gigantesca cantidad de dinero a evaluar sus riesgos por adelantado, algo que no se puede decir de otras técnicas consolidadas y realmente peligrosas.

Con las promesas de esta tecnología, ¿deberíamos prohibirla sobre la base de percepciones de riesgos hipotéticos? En la biotecnología, como en cualquier otra actividad humana, es imposible garantizar al 100% la ausencia de riesgos, por lo que se imponen juicios de valor en base a si los beneficios se ven descompensados por los riegos. Habría que caminar, pues, hacia políticas reguladoras capaces de realizar decisiones incluso en ausencia de conocimiento exhaustivo (algo seguramente utópico para cualquier ámbito de la vida), pero que igualmente reconozcan las áreas de incertidumbre asociadas a otros bienes que proteger. Por lo tanto, tal política, guiada por los principios éticos de beneficencia y de responsabilidad, podría permitir liberaciones de OGMs de los que el estado de conocimiento presente y consensuado no prevea mayores problemas ecológicos, pero igualmente estaría justificada para establecer moratorias o prohibiciones sobre ensayos comerciales que presentaran amenazas reales a la seguridad ambiental.

7[7] Esto es lo que parece estar ocurriendo en la Unión Europea, cuya Comisión pretendía no sólo pecar de cauta cuando la evidencia no es conclusiva, sino cuando no hay evidencia que indique que el daño es posible. A pesar de declaraciones recientes más ponderadas en el sentido de que el riesgo cero no existe, algunas decisiones van en el camino imposible de pretender eliminar totalmente el riesgo.

2.7 Criterios sociales en los debates sobre la seguridad de los OGM

A menudo se habla de incluir criterios sociales y económicos en la evaluación de riesgos (Serageldin 1999b; Swaminathan 1999). Los riesgos de tipo socioeconómico pueden ser de dos clases (véase Torres en Aramendis, ed. 1999, p. 25ss):

Los derivados de accidentes y daños eventuales ocasionados por un comportamiento anómalo del OGM y de su posterior control y reparación.

Los que tienen que ver con pérdidas de competitividad de sistemas de producción tradicionales, así como efectos sociales más o menos indirectos.

Estrictamente hablando, solo los primeros deberían tenerse en cuenta a la hora de la evaluación de la bioseguridad, ya que los segundos entran en categorías no ligadas a la tecnología en sí, sino al funcionamiento general de los sistemas e intercambios económicos. Como dice Torres, “la pérdida de competitividad de un sistema de producción debido a la innovación tecnológica de los competidores es un fenómeno inherente al desarrollo económico, que ocurre independientemente de si la nueva variedad fue obtenida por biotecnología o por métodos convencionales de mejoramiento”. Pero en el debate global sobre bioseguridad algunos países y grupos de presión están pretendiendo imponer estos criterios. Por supuesto, en la evaluación final ha de entrar la componente de beneficios potenciales, a sopesar con la de riesgos.

En última instancia, tanto para el balance de costes­beneficios de tipo ecológico como para el de tipo económico y social, habrá que establecer una lista de prioridades, que a su vez reflejarán juicios de valor. Para ello la ciencia no tiene respuestas, sino que éstas habrán de salir de un debate social al más amplio nivel, incluido el internacional, en el que se consideren los posibles efectos beneficiosos para toda la humanidad del empleo de estas tecnologías y en el que se justifiquen los objetivos que se pretenden desde enfoques éticos (justicia distributiva) y de sostenibilidad ambiental. No vamos a insistir más en los aspectos sociales y políticos de este debate, pero remito a los lectores al ensayo reciente de Emilio Muñoz (2000), quien ha sabido reflejar no sólo el juego de racionalidades científicas contrapuestas, sino la confrontación de intereses entre diversos actores sociales. Para los aspectos comerciales relacionados con la bioseguridad, consúltese Lacadena (1997).

2.8 El Protocolo de Bioseguridad (Documento de Cartagena)

Así pues, aparte de la discusión científica, la bioseguridad presenta un gran debate social de ámbito global, como ha quedado de manifiesto en las reuniones preparatorias del Protocolo de Bioseguridad (PBS) previsto en el artículo 19 del Convenio de Biodiversidad (CBD) de la Cumbre de la Tierra de Río de Janeiro (1992). Dicho artículo pretende la elaboración de una regulación internacional que evite que el tráfico transfronterizo de organismos vivos modificados (OVM) suponga daños ambientales, especialmente a los países en desarrollo ricos en biodiversidad. Como se sabe, la reunión de Cartagena de Indias (14­21 de febrero de 1999) debería haber aprobado el documento definitivo, cosa que no se produjo debido a la oposición del

llamado “grupo de Miami”, que agrupa a algunos de los más potentes exportadores de grano (EE.UU., Canadá, Australia, Argentina, Chile y Uruguay), y que argumentó que tal como estaba redactado, el PBS entraría en conflicto con los acuerdos de libre comercio emanados de la última ronda GATT que dio paso a la Organización Mundial de Comercio (OMC). En este sentido fue importante la pretensión de muchos países pobres, especialmente de África, de que aparte de los riesgos ecológicos de los OGMs, el acuerdo incluyera consideraciones socioeconómicas, con imposición de cláusulas de compensación, que los opositores califican como barreras comerciales no tarifarias, y por lo tanto opuestas a los criterios de la OMC.8[8] Finalmente, el Protocolo de Cartagena se acordó en la reunión de Montreal (29 de enero de 2000). Se prevé su ratificación en Nairobi (15­26 de junio de 2000) y en Nueva York (desde el 4 de junio de 2000 al 5 de junio de 2001).

Los principales aspectos del PBS son:

Requiere estrictos criterios de notificación, documentación y evaluación de riesgos para los OVM que se pretenda liberar en el ambienteUn país puede prohibir importaciones de estos organismos si considera que no hay evidencia suficiente de su seguridad. El Protocolo específicamente incorpora el “Principio de Precaución”.Obliga a que las exportaciones de todas las cosechas genéticamente manipuladas y alimentos frescos (aun cuando no están diseñados para su liberación sino para su consumo) incluyan una etiqueta que advierta que “pueden contener organismos vivos modificados”.

Es de notar que el PBS es el primero y único acuerdo internacional en incorporar el principio de precaución por el solo hecho de que los bienes se producen por una tecnología determinada (que como hemos visto, como tal tecnología no representa riesgos adicionales). ¿Por qué no se aplica tal principio a productos y técnicas que sabemos desde hace tiempo que son peligrosas o dañinas de verdad? Por otro lado, es irónico que el PBS sea la única concreción importante emanada de la Cumbre de la Tierra. El efecto “cortina de humo” para evitar tratar problemas ecológicos acuciantes es notorio, y además, el Protocolo entra en conflico con el espíritu y la letra del Convenio de Biodiversidad, que reconoce que la biotecnología puede contribuir a la protección de la diversidad biológica.

Hay que reconocer que el PBS establece un mecanismo relativamente complejo, con obligación de acuerdos detallados entre exportadores e importadores cada vez que se pretenda introducir un OVM de un país a otro. Los críticos argumentan que esto no ha ocurrido con ningún tipo de bienes comerciales, y que la consideración de criterios sociales obligaría a una serie de estudios prospectivos muy caros y difíciles de realizar, con la consecuencia de que habría que trasladar al consumidor el incremento de precio resultante, y se desincentivaría la biotecnología allí donde más falta hace, en

8[8] La postura estadounidense esconde una buena dosis de hipocresía y de cinismo: de alguna manera, venía a decir que estaban dispuestos a aceptar una regulación costosa y excesiva, siempre y cuando no amenace sus intereses comerciales.

los países del Sur que necesitan aumentar la producción de alimentos y abrir nuevos mercados. El resultado paradójico sería que sólo el mundo en desarrollo podría permitirse tales lujos, con lo que se ahondaría la brecha comercial con los países pobres, se retrasarían los beneficios de una técnica prometedora, y se estarían perdiendo oportunidades de introducir prácticas más amigables con el ambiente.9[9]

Reconociendo la dosis de verdad que esconde esta postura, ello no impide que fuera del PBS se puedan tomar ciertas medidas correctoras basadas en criterios socioeconómicos, sobre todo en los países en desarrollo, con objeto de evitar que el libre mercado (que concede a priori una ventaja a las empresas del mundo desarrollado) tenga la última palabra en decisiones que afectarán la vida de comunidades muy alejadas de los presupuestos de los países ricos. (Para un ejemplo del debate de las dos posturas, véase Crompton y Wakeford 1998, y Miller 1998). Una actitud intermedia sería la de los que consideran que el PBS podría ayudar a los países pobres a intervenir en un mecanismo armonizador internacional para la regulación de la bioseguridad y al mismo tiempo favorecería el comercio de aquellos productos biotecnológicos reputados como ecológicamente aceptables. Sólo el tiempo nos dirá si se cumplen las mejores expectativas.10[10]

3 INGENIERÍA GENÉTICA PARA EL MEDIO AMBIENTE

3.1 Posible papel de la Biotecnología vegetal en un agricultura más sostenible

Independientemente de que aún se pueda exprimir más el potencial de la revolución verde, o de que se pueda ayudar con ella a las zonas ­especialmente del Africa subsahariana­ donde no llegó, está claro que el paradigma actual no es sostenible ecológicamente ni garantiza la seguridad alimentaria para el futuro de la humanidad. No podemos seguir embarcados en lograr pequeñas ganancias a corto plazo (asociadas a costes ambientales y socioeconómicos), sino que habría que marchar hacia una agricultura viable que garantice la seguridad a largo plazo. Aunque este tránsito se prevé duro, debido a las inercias y grandes intereses comerciales de las multinacionales y de los países ricos, no se puede ignorar que se habrá de realizar en el contexto más amplio de un nuevo paradigma económico (economía ecológica). Y junto con adecuadas políticas fiscales, habrá que ir mentalizando a las poblaciones de los países ricos para que cambien algunos hábitos de consumo: renunciar a productos y prácticas que requieran uso excesivo de energía y de materiales, con objeto de ayudar a salir del escandaloso pozo de miseria en que vive una masa enorme de la humanidad.

9[9] Un trabajo crítico en esta línea es el de Smith (2000), cuya tesis central es que los auténticos perdedores del PBS son precisamente los países pobres.10[10] Para un análisis de la reunión de Cartagena, desde un país en desarrollo, véase Hodson de Jaramillo y Aramendis (1999) y Aramendis (1999).

Para algunos, habría que ir hacia una agricultura sostenible, distinta a la que mayoritariamente se practica ahora, y que se basaría en: mayor uso de la rotación de cosechas, mejora genética tradicional o por Ingeniería Genética, que permitiera mayor control de plagas y enfermedades, mínimo laboreo y dejar residuos en el campo una vez realizada la cosecha, mezcla de campos agrícolas con bosquetes, setos y prados (para una revisión, véase Hamblin 1995 y Matson et al., 1997).

Insistimos: hay un papel para la biotecnología en la agricultura y ganadería del siglo XXI, pero el éxito del desafío depende de los objetivos que nos propongamos (¿aumentar los beneficios de grandes emporios comerciales o garantizar la seguridad alimentaria y ecológica a largo plazo?), de la sabia elección de técnicas que realicemos, y la de la transferencia de tecnología e inversiones que estemos dispuestos a emprender allí donde más se necesita. Los principales retos de la biotecnología en una agricultura más sostenible son:

Aumentar la producción por unidad de superficie cultivada, lo que en principio podría desincentivar la roturación de más tierras marginales y áreas de gran valor ecológico.Lograr una menor dependencia de los insumos intensivos en energía y materiales que hasta ahora ha caracterizado a la Revolución Verde (combustibles fósiles, pesticidas, fertilizantes).Permitir prácticas agrícolas menos dañinas, mediante un mejor aprovechamiento del agua, menores necesidades de laboreo, agricultura de precisión, etc.Disminuir las pérdidas pos­cosecha.

Mejorar la calidad del producto fresco o procesado.

En muchos de estos ámbitos la Ingeniería Genética está llamada a desarrollar un importante papel. Veamos algunos ejemplos:

Caracterización y censo de genomas: Las técnicas moleculares actuales, desarrolladas principalmente bajo el impulso de los proyectos genoma, permiten caracterizar el material genético de los seres vivos y buscar recursos genéticos valiosos de variedades silvestres o cultivadas que luego podrían incorporarse a los cultivos mediante cruzamientos tradicionales o mediante ingeniería genética.

La ciencia genómica, aliada con la agronomía tradicional y sus correspondientes estudios de campo, puede originar el tipo de información relativa a la biodiversidad agronómica y silvestre, sobre la cual se puedan realizar decisiones pertinentes en los programas de mejora. Un punto clave será comprender mejor la base de los rasgos multigénicos y de los caracteres cuantitativos, lo que supondrá un enorme esfuerzo de genómica funcional, rama que en estos momentos empieza a dar sus primeros pasos. Pero ya se puede decir que la genómica permitirá un mayor poder y menores costes para los programas de mejora (véase p. ej., Serageldin, 1999b).

Bioindicadores: se ha propuesto diseñar, mediante transgénesis, organismos que incorporen genes marcadores (o “chivatos”) que se induzcan ante determinados estímulos ambientales importantes para el agricultor. P. ej., se podrían colocar genes

determinantes de color o fluorescencia bajo el control de secuencias promotoras­reguladoras, de modo que se produjera un "aviso" cuando las plantas necesiten más agua o determinado tratamiento. De este modo, ciertas prácticas agrarias se harían más precisas, se ahorrarían materiales y se ganaría en productividad.

Mejores técnicas de diagnóstico de enfermedades, de modo que se puedan tomar medidas a tiempo.

Apomixis: la apomixis es un modo de reproducción asexual por el que se produce progenie del óvulo sin fecundar, generándose clones de la planta materna (partenogénesis). Esto permitiría a los agricultores aprovechar parte de los granos de una planta híbrida como simiente para la siguiente siembra. Por motivos obvios, este no es el tipo de avance que se espera de las multinacionales, por lo que dependerá de financiación pública (de hecho se opone frontalmente a la llamada técnica "Terminator", que inactiva la germinación de las semillas producidas por el agricultor, dejándolas inservibles como simiente). En el caso de que finalmente se desarrolle un “cassette genético” para la apomixis, su introducción en plantas de cultivo permitirá la fijación inmediata de genotipos heterólogos complejos, facilitando la manera como los agricultores propagan semillas híbridas.

Plantas de cultivo perennes de alto rendimiento: costaría menos su producción que las actuales plantas anuales.

Plantas transgénicas: sí, hay un lugar para las denostadas (por ciertos ecologistas) plantas transgénicas, una vez se aclaren las cuestiones de bioseguridad y dismuya la demagogia de algunos. El que muchos cultivos transgénicos actuales se hayan producido por multinacionales y se hayan centrado en buena parte en introducir genes de resistencia a herbicidas de las propias empresas no significa que no se puedan realizar manipulaciones ecológicamente más seguras y que redunden en menores pérdidas de cosechas, mejora de cualidades nutricionales, etc.

Actualmente una línea prometedora estudia transferir genes naturales de resistencia a plagas que poseen ciertas variedades naturales y cultivadas. La introducción de genes de resistencia a insectos y otras plagas sería interesante si permitiera un control más eficaz y ambientalmente seguro que los actuales métodos químicos.

Por ahora, los enfoques se centran en lo más fácil, que es transferir rasgos mendelianos sencillos que confieran resistencia a insectos o tolerancia a herbicidas. Si bien ambos casos están siendo criticados por los ecologistas, no se puede olvidar que con estos enfoques se puede avanzar hacia un menor empleo de productos químicos, lo que ya de por sí es positivo. El inconveniente que presentan por ejemplo las plantas Bt con el gen de la toxina insecticida de B.

11[11] En España, uno de las autoridades pioneras en la materia es García Olmedo, quien ha conseguido en tabaco y en Arabidopsis la expresión de un gen de cebada que determina una proteína de transferencia de lípidos, logrando resistencia superior frente a la bacteria Pseudomonas syringae (véase Molina y García Olmedo, Plant Journal 12, 669 [1997]).

thuringiensis es que su vida útil puede ser corta, debido al surgimiento de cepas de insectos resistentes, si bien existen muchos tipos de toxinas insecticidas y, al igual que ha pasado con los antibióticos, hay un margen para diseñar nuevas generaciones de plantas con nuevas versiones de genes para cuyos productos los insectos sean sensibles.El siguiente avance será el dotar a las plantas de sistemas de defensa más duraderos. Conforme comprendamos mejor los sistemas multigénicos de defensa natural (como los de la respuesta hipersensible) de algunas plantas (Salmeron y Vernooij, 1998; Melchers y Stuiver 2000), podrá intentarse su transferencia a las variedades cultivadas, recordando que la transgénesis presenta una gran ventaja de rapidez , precisión y amplitud de hospedadores respecto de la mejora tradicional 11[11]. La I. G. puede proporcionar métodos para reducir la probabilidad de que resurjan los patógenos.Pero no se puede olvidar que la resurgencia de patógenos es algo intrínseco a la inmemorial “carrera de armamentos” entre los patógenos y sus huéspedes. Serán la prudencia y la responsabilidad los criterios que en última instancia deban guiar la introducción de novedades genéticas de este tipo, con objeto de subvenir a las necesidades de alimentación y bienestar sin poner en riesgo los equilibrios ecológicos.

Y como dijimos antes, también serían útiles plantas transgénicas capaces de resistir frío, sequías, salinidad o estrés hídrico (Nuccio et al, 1999), de crecer en suelos ácidos o con alto contenido de metales, etc.Puede que igualmente la biotecnología encuentre un lugar cómodo dentro del control integrado de plagas. Como se sabe, se trata de la combinación de varios métodos, tanto tradicionales (barbecho y rotación de cultivos, cultivo de varias especies mezcladas, conservación de setos y otros refugios naturales para depredadores y controladores de plagas, uso moderado de agroquímicos) como biológicos. Su objetivo no es eliminar a toda costa el 100% de los riesgos, sino mantener el control en un nivel que asegure rendimientos sin destruir la sustentabilidad ambiental a largo plazo del propio agro­ecosistema.

3.2 Procesos industriales “verdes”

La mejor opción para reducir la contaminación es actuar en el origen y no esperar a que se produzca para luego mitigarla. Para intentar acercarnos a estas tecnologías se requiren una serie de cambios en las prácticas industriales:

Cambios en las procedimientos industriales

Cambios tecnológicos: cambios de procesos, de operación y de automatización

Cambios en las materias primas.

En estos dos últimos es donde la biotecnología puede suponer un gran avance, debido a su potencialidad de emplear materiales biodegradables y de recurrir a procesos de

base enzimática que requieren menos aporte de energía que los métodos tradicionales, con sustitución de sustancias químicas por otras biológicas menos o nada contaminantes. (Un ensayo breve sobre las promesas y riesgos de la biotecnología ambiental, incluyendo la no basada en ADN recombinante, en Amils 2000).

Veamos algunos ejemplos:

Tinción de prendas vaqueras con índigo: tradicionalmente se realiza mediante un complejo proceso químico que recurre a compuestos químicos tóxicos, que obliga a la protección de los trabajadores, y que genera contaminantes. Mediante I.G. se ha logrado transferir un conjunto de 15 genes (naftalenodioxigenasa, ruta del corísmico, mutaciones en trp­sintasa) de Pseudomonas a E. coli. La nueva cepa era capaz de producir buenos niveles de índigo, con un rendimiento económico comparable al del procedimiento químico.Detergentes con enzimas (lipasas, proteasas), algunas procedentes de I.G. Permiten lavados a bajas temperaturas, con menos consumo de energía. Celulasas para blanquear prendas de algodón.Alteración de la proporción de lignina en árboles. La maduración de la I.G. en especies arbóreas, junto con la mejora guiada por marcadores moleculares y la mayor comprensión de la compleja ruta de biosíntesis de lignina abren perspectivas de modificar la cantidad y calidad de la lignina, lo que posibilitaría procedimientos menos energéticos y menos contaminantes a la hora de obtener la pulpa y fabricar el papel (Merkle y Dean 2000).Biocatálisis con microorganismos o enzimas aisladas: es una alternativa “verde” a la catálisis química convencional, con el añadido de que es muy específica y origina pocos subproductos. Las biotransformaciones tienen un gran potencial en la industria química y farmacéutica.

Microorganismos extremófilos y sus correspondientes enzimas. Muchas de ellas son capaces de actuar en las duras condiciones de procesos industriales que se realizan a altas temperaturas.Termófilos y enzimas termostables procedentes de ellos, principalmente de Arqueas hipertermófilas. En biotecnología básica, la más popular es la ADN polimerasa termorresistente de Thermus aquaticus, y otras similares, empleadas en la PCR. Pero se están caracterizando y clonando enzimas termorresistentes con grandes perspectivas industriales: amilasas, glucanasas, glucosaisomerasas, xilanasas, etc. Igualmente se pueden usar en recuperación mejorada de petróleo, desulfuración de petróleo y carbón, recuperación de metales preciosos, blanqueo de pulpa de papel, etc. Algunas enzimas de halófilas funcionan bien en solventes orgánicos (Dordick et al., 1998).Biopolímeros industriales (para una revisión, véase Poirier 1999):

Polihidroxialcanoatos (PHA). Son ésteres de 3­hidroxiácidos que presentan propiedades de plásticos biodegradables y de polímeros elásticos. Algunas bacterias poseen la capacidad de sintetizarlos como gránulos de reserva de carbono. La ruta de síntesis de polihidroxibutírico (PHB) de la bacteria Ralstonia eutropha se ha clonado en otras bacterias y en plantas. Monsanto ha fabricado el Biopol, copolímero de hidroxibutírico e hidroxivalérico, que se usa en

dispostivos quirúrgicos. Pero jugando con los precursores suministrados se pueden lograr copolímeros con distintas propiedades plásticas y elásticas: PHA de longitud de cadena media, con monómeros C6 a C16, y distintos grupos funcionales, lo que permite modificar la estructura y propiedades físicas del polímero. Incluso se ha logrado que las fibras del algodón acumulen un pequeña cantidad de PHB, suficiente para que la fibra textil mejore sus propiedades de aislamiento. Aunque el coste actual de obtención de los PHA es más de 10 veces superior al de los petroplásticos, se espera que las mejoras en su obtención en plantas y el impulso a usar materiales biodegradables y renovables logren que dentro de algunos decenios puedan ir sustituyéndolos.Producción de fibras proteicas de telaraña en bacterias, plantas y animales.

Proteínas adhesivas de bivalvos, como las de los mejillones, que se podrán usar como bioadhesivos.Proteínas artificiales a base de repeticiones de módulos cortos. Algunas de ellas presentan propiedades elásticas y son biocompatibles. Se pueden usar en dispositivos quirúrgicos, o en sistemas para liberar lentamente medicamentos dentro del organismo.

3.3 Biorrecuperación o biorremedio

Debido a que los contaminantes elementales son inmutables por definición, el biorremedio de metales sólo se puede centrar en acumularlos en biomasa que pueda ser fácilmente cosechable o que se pueda concentrar para el ulterior reciclado o almacenamiento seguro de dichos metales. El fitorremedio de metales es una tecnología verde, de costo cada vez menor, basada en el uso de plantas que eliminan metales tóxicos (para una revisión, Raskin, Smith y Salt, 1997).

El fitorremedio de metales puede mejorar mediante I.G.: se están diseñando plantas con gran capacidad de absorber metales y concentrarlos en tejidos aéreos (fitoextracción). Existe la esperanza de que la manipulación genética de fitoquelatinas y metalotioneinas permita concentrar esos metales en sumideros celulares como las vacuolas, hasta concentraciones superiores al 1­5% de peso seco. Otras estrategias mejorables biotecnológicamente son la fitovolatilización de mercurio y de selenio, la fitoestabilización (que no elimina el metal del suelo, pero que lo transforma en especies menos tóxicas o insolubles; p. ej. de Cr+6 a Cr+3) y la excreción radicular de agentes quelantes. Es probable y deseable que estas técnicas puedan sustituir a las actuales estrategias de simplemente recoger los suelos o aguas contaminados y enterrarlos o acumularlos en otras partes (Meagher, 2000).

Igualmente hay esperanzas de manipular microorganismos para el biorremedio de metales (Stephen y Macnaughton 1999), como p. ej., reducir las formas altamente tóxicas de mercurio en Hg++o incluso en Hg0, que es volátil y menos tóxico, reducción de Cr6+ a Cr3+, precipitación de uranio en superficies bacterianas, etc.

La eliminación de contaminantes en suelos y aguas simultáneamente afectadas por elementos radiactivos tiene puestas sus esperanzas en la extraordinaria bacteria Deinococcus radiodurans, cuyo genoma acaba de ser secuenciado. Se trata de un poliextremófilo que resiste condiciones extremas de radiación, sequedad, agentes oxidantes y diversos compuestos mutagénicos. Puede sobrevivir a exposiciones agudas de radiactividad de más de 1,5 Mrads, y crece sin problemas en presencia de 6000 rad/hora, una dosis comparable con la de los vertederos nucleares más radiactivos que gestiona el DOE norteamericano. Actualmente se está optimizando el sistema de transformación genética y expresión heteróloga en esta bacteria, y ya se ha comprobado que puede detoxificar algunos metales y mineralizar derivados de tolueno (Daly 2000).

La eutrofización es el enriquecimiento de nutrientes en aguas, con los consiguientes efectos biológicos indeseables de estimulación del crecimiento de algas y organismos heterotrofos, descenso del nivel de oxígeno. El grupo de J.L. Ramos ha obtenido una bacteria (Klebsiella oxytoca) capaz de tolerar y eliminar altos niveles de nitratos (hasta 1M). Uso con éxito en planta piloto.

Eliminación de sulfuros en aguas mediante bacterias oxidadoras de sulfuros no fotosintéticas.

Los microorganismos tienen una gran versatilidad metabólica, y por I.G. se están diseñando cepas capaces de degradar y mineralizar contaminantes derivados de la síntesis orgánica y del petróleo. Las estrategias habituales son: aumentar las tasas de degradación interviniendo en los “cuellos de botella” metabólicos, fusionar varias rutas degradativas para expandir el potencial degradador de las cepas, incorporar rutas nuevas en cepas que presentan ciertas ventajas, etc (para una revisión reciente, Pieper y Reineke 2000).

En este campo contamos con grupos españoles de alto nivel:

El de Víctor de Lorenzo, p.ej., ha diseñado mini­transposones que permiten la integración estable de múltiples genes en bacterias, carentes simultáneamente de genes de resistencia a antibióticos, así como sistemas de recombinación que permiten diseñar cepas casi naturales que portan exclusivamente los genes para el fenotipo deseado, sin ADN adicional. El de Juan Luis Ramos, en Granada, es un pionero de nuevas estrategias de degradación de xenobióticos, incluyendo catabolismo de hidrocarburos aromáticos, explosivos como TNT, etc. Entre sus logros está el diseño de bacterias capaces de tolerar y mineralizar altos niveles de tolueno.

Sin embargo, hasta ahora son muy limitados los ensayos de campo, en buena parte debido a las normativas estrictas que se aplican a los microorganismos manipulados genéticamente (Sayler y Ripp 2000). Los pocos ensayos de campo realizados usan suelos confinados físicamente, para evitar el escape de contaminantes y bacterias. Por otro lado, para aumentar la bioseguridad, el microorganismo suele estar “contenido biológicamente”, normalmente por un sistema genético que garantiza su “suicidio” una vez que ha terminado de realizar su labor. Igualmente se pueden incorporar genes

“chivatos” (reporter), que permiten un seguimiento físico del destino del microorganismo en el ecosistema (p. ej., bioluminiscencia por genes bacterianos lux o los luc de la luciérnaga, o la GFP de la medusa Aequorea).

En este tipo de aplicaciones de descontaminación, lo que hay que evaluar es si los beneficios potenciales superan los riesgos eventuales de liberar organismos genéticamente manipulados. Es indudable que las plantas, debido a su inmovilidad, y suponiendo que se emplearan versiones contenidas biológicamente (p. ej., estériles), presentan muchos menos problemas que los microorganismos, más móviles y con poblaciones difíciles de controlar al 100%, ni siquiera contando con los sistemas “suicidas”.

4 CONCLUSIÓN

La biotecnología puede ser una pieza más en el engranaje de una sociedad internacional más justa y ecológicamente viable, siempre y cuando forme parte de un adecuado paradigma de relaciones económicas y políticas entre las naciones. Pero para ello, mucho se habrá de andar en el camino hacia otro tipo de mentalidad, lejos de los dogmas neoliberales al uso. En última instancia, el mundo opulento deberá elegir entre seguir con el statu quo o reconocer su deber ético de renunciar a un absurdo crecimiento económico ilimitado que sólo ahonda los problemas ambientales y que condena a la mayor parte de la población a no satisfacer sus necesidades más básicas de desarrollo humano.

5 BIBLIOGRAFÍA Y LECTURAS RECOMENDADAS

AMILS, R. (2000): “Impacto de la biotecnología en el medio ambiente”, en Bioética 2000 (Ed.: M. Palacios), Oviedo: Ediciones Nobel, 387­403.

ARAMENDIS, R.H. (editor) (1999): Bioseguridad. Un nuevo escenario de confrontación internacional entre las consideraciones comerciales, ambientales y socioeconómicas. Organización de los Estados Americanos e Instituto Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología (Colciencias), Santafé de Bogotá. (Se puede consultar igualmente en www.colciencias.gov.co/simbiosis/).

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La biotecnología y el medio ambiente

El mantenimiento y la preservación de los recursos naturales que al mismo tiempo facilitan el desarrollo de las diversas actividades humanas en las sociedades desarrolladas se han convertido en uno de los retos más importantes del siglo xxi. Esta gestión del medio ambiente, debidamente coordinada y complementariadel desarrollo social, la entendemos y definimosactualmente como sostenibilidad. Este nuevo y complejoconcepto económico, social y ecológico entorno a las relaciones entre las sociedades y el medio ambiente se ha ido consolidando progresivamente como una demanda social imperativa.

Al mismo tiempo, el gran desarrollo científico y tecnológico, particularmente en el ámbito de las ciencias de la vida, que se ha dado desde los años cincuenta del siglo pasado, nos ha permitido aplicar principios científicos y de ingeniería a la transformación de materiales por acción de agentes biológicos (microorganismos, enzimas, células de animales o de plantas, principalmente) con el fin de proveer a nuestra sociedad de bienes y servicios. Actualmente nos referimos al conjunto de estos tipos de actividades humanas con el término biotecnología. Hay diferentes actividades biotecnológicas que nos están aportando nuevas herramientas metodológicas con el fin de poder responder a este reto de un desarrollo socioeconómico sostenible, respetuoso con el medio ambiente y la preservación de los recursos naturales. Así, definimos la biotecnología ambiental como el conjunto de actividades tecnológicas que nos permiten comprender y gestionar los sistemas biológicos (principalmente los sistemas microbianos) en el medio ambiente con el fin de proveer a la sociedad de productos y servicios.

El desarrollo de la biotecnología ambiental continúa dependiendo en gran parte de los avances de diferentes áreas científicas así como del conocimiento de los materiales, pero ha ido adquiriendo en los últimos años un papel destacado entre las diferentes actividades de la biotecnología. Este hecho resulta comprensible si tenemos en cuenta que dentro de las necesidades determinadas por la sostenibilidad encontramos dos recursos que se han convertido en los principales retos del siglo xxi: el agua y la energía.

En nuestras sociedades, disponer de agua adecuada que se ajuste a los diferentes usos y demandas de las actividades humanas, presenta de manera inherente un compromiso de calidad, que comporta a menudo distintos tratamientos para eliminar o mitigar riesgos sanitarios y mejorar las características organolépticas del agua. Este abastecimiento se tiene que realizar de manera continua y sostenible. Eso comporta que hay que asegurar el retorno del agua usada a la naturaleza manteniendo unos niveles de calidad sanitaria y ecológica que nos permitan una protección de la salud humana y un impacto limitado o controlado en los ecosistemas naturales. Se estima que actualmente hay en torno a un 20% de la población humana que no dispone de un abastecimiento de agua de calidad y casi un 40% que no dispone de sistemas de saneamiento aceptables. Por lo tanto, el suministro y el saneamiento del agua tienen un protagonismo importante dentro de las aplicaciones biotecnológicas en el medio ambiente.

Los requerimientos energéticos son necesarios en los distintos ámbitos de las actividades humanas, tanto las domésticas como las industriales, agrícolas y ganaderas, o las relacionadas con el ocio o los servicios.

La disponibilidad de energía es una necesidad determinante para el funcionamiento de las sociedades desarrolladas. El incremento de la población mundial y una mejor calidad de vida para un mayor número de humanos en el último siglo nos han situado delante de un escenario de crisis energética global.

Estos dos aspectos han hecho que en las últimas décadas la utilización de fuentes energéticas fósiles se haya acelerado y, vista su disponibilidad limitada y el planteamiento de sostenibilidad antes indicado, nos enfrentamos a un inminente reto tecnológico: la disponibilidad de fuentes energéticas renovables y que verdaderamente resulten alternativas. La biotecnología ambiental puede contribuir en parte al desarrollo de procesos que nos permitan disponer de fuentes energéticas renovables –principalmente biomasa y energía solar– que se tendrán que convertir en reservas energéticas útiles. Estas bioenergías renovables pueden ser una contribución importante para aligerar una crisis energética global, pero sobre todo presentan interés porque pretenden producir energía a partir de recursos renovables sin una emisión neta de dióxido de carbono. Los desarrollos de métodos más destacables se están haciendo con el estudio de procesos alternativos de producción de electricidad.

Ahora bien, las aportaciones de la biotecnología ambiental a la gestión del medio ambiente tienen implicaciones científicas y tecnológicas que van más allá del abastecimiento de mejoras tecnológicas a los recursos y la gestión de la energía y el agua. Hay una estrecha relación entre los avances científicos y metodológicos de la ecología microbiana y los progresos que se están haciendo en la biotecnología ambiental, tanto desde el punto de vista de las bases científicas conceptuales, las ventajas y las limitaciones de las metodologías tradicionales y las nuevas aproximaciones moleculares, como en las actividades humanas a las que se pueden aplicar sus nuevos conocimientos.

Ámbitos de actuación de la biotecnología ambiental

Los ámbitos de actuación de la biotecnología ambiental se relacionan con la gestión del medio ambiente y/o con el aprovechamiento de los recursos naturales. Las distintas acciones se realizan en los sistemas biológicos con un objetivo final de prevenir, mitigar o eliminar la presencia de compuestos contaminantes en el medio ambiente. Evidentemente se pueden utilizar, en ciertos casos, otras herramientas tecnológicas, como pueden ser tratamientos de tipo físico o químico, pero hay una ventaja diferencial en la utilización de tratamientos biológicos viables, ya que éstos presentan un coste relativamente más bajo y comportan una menor alteración del medio ambiente.

El principio básico de actuación de los métodos biológicos se basa en una degradación de loscompuestos orgánicos contaminantes en compuestos inorgánicos, que en los casos ideales resultan inocuos (por ejemplo, CO2, H2O, Cl­, etc.). Además, estos procesos biotecnológicos procuran realizarse en la medida de las posibilidades en el mismo lugar donde se ha producido el impacto contaminante y se evitan los

costes asociados al desplazamiento del material contaminado a plantas de tratamiento específicas, a vertederos controlados o a otras ubicaciones.

Esta característica también resulta diferencial respecto de los procedimientos físicos y/o químicos que a menudo simplemente transfieren el contaminante a una ubicación diferente con el fin de mitigar y/o controlarlo más adecuadamente.

Tradicionalmente, las actividades biotecnológicas relacionadas con el medio ambiente se han fundamentado principalmente en la capacidad degradadora de los compuestos contaminantes por parte de la actividad metabólica de los microorganismos presentes en los ecosistemas naturales. Esta necesidad de utilizar la biodegradación microbiana ha hecho que durante mucho tiempo el esfuerzo tecnológico y de investigación de la biotecnología ambiental se orientara a aislar microorganismos del medio ambiente, clasificarlos y caracterizarlos fisiológicamente, analizar las capacidades enzimáticas degradadoras para desarrollar procesos tecnológicamente aplicables a gran escala e intentar, en determinados casos, una mejora genética de los microorganismos utilizados con el fin de obtener cepas más eficientes en la degradación de compuestos orgánicos contaminantes. Se ha observado que a menudo los microorganismos aislados no presentan las mismas capacidades degradadoras de los contaminantes que el conjunto de poblaciones microbianas tal como las encontramos en el medio natural.

Este limitado conocimiento de la ecología microbiana y de las relaciones metabólicas entre los microorganismos constituyentes de estos consorcios microbianos ha hecho que los consideremos como “cajas negras” con capacidades degradadoras. En los últimos años, el desarrollo y la adaptación de nuevos métodos moleculares en los estudios de ecología microbiana nos han permitido constatar que las poblaciones microbianas del medio ambiente son mucho más diversas que los microorganismos aislados y estudiados en condiciones de cultivo puro en el laboratorio.

Tradicionalmente la biotecnología ambiental ha estado utilizando durante mucho tiempo la aproximación metodológica basada en aislar primero un microorganismo, valorar la capacidad degradadora en el laboratorio y posteriormente intentar desarrollar un procedimiento con cultivo puro del microorganismo en la biodegradación a gran escala. Los avances metodológicos, sobre todo basados en las nuevas técnicas moleculares, nos están permitiendo hacer otras aproximaciones conceptuales y aplicadas en los estudios de la ecología microbiana y su aplicación a la gestión de los recursos naturales.

Las nuevas tecnologías moleculares y la estrecha relación entre la ecología microbiana y la biotecnología ambiental nos han permitido un nuevo enfoque del estudio de los consorcios microbianos y extender el ámbito de las aplicaciones biotecnológicas más allá de los procesos degradadores de compuestos contaminantes en el medio ambiente. Como consecuencia, existe un efecto de cooperación y sinergia entre la ecología microbiana y la biotecnología ambiental. La primera provee los cimientos científicos para el desarrollo de procesos aplicados, que son los objetivos prácticos perseguidos por la biotecnología ambiental.

Al mismo tiempo, las experiencias derivadas de la biotecnología ambiental facilitan el estudio de los ecosistemas en la ecología microbiana, lo cual comportará continuar

aportando nuevos avances conceptuales y nuevas metodologías y técnicas que la biotecnología ambiental podrá considerar de nuevo para sus aplicaciones y que le permiten avanzar conceptualmente y desarrollar nuevas metodologías.

Tenemos un buen ejemplo en la práctica si consideramos que la biotecnología ambiental no puede considerar sólo la microbiota presente en el agua, el aire y el suelo que nos rodea con el fin de desarrollar aplicaciones biotecnológicas medioambientales, sino que también debe tener en cuenta, por ejemplo, las poblaciones microbianas presentes en el trato gastrointestinal. Estas poblaciones son una parte del mundo exterior en el interior de los animales vivos, que en el caso concreto del agua están en comunicación a través del ciclo del agua. Las nuevas técnicas de metagenómica nos han permitido estimar que hay un enorme recurso de genes y de funciones biológicas cuando se estudian estas poblaciones microbianas y que a medida que podamos caracterizarlos pueden convertirse en nuevas herramientas aplicadas a la gestión de los recursos naturales por parte de la biotecnología ambiental.

En los últimos años, los estudios impartidos en las escuelas de estudios empresariales y de negocios han introducido y utilizado el concepto de la gestión de los recursos humanos como una herramienta esencial para poder dirigir empresas y establecer planes estratégicos.

Similarmente, uno de los retos actuales de la biotecnología ambiental y, en general, de la microbiología es el conocimiento y la gestión de estos recursos microbianos (los genes y sus funciones biológicas) como herramientas esenciales para poder gestionar los recursos naturales y para establecer planes estratégicos medioambientales. Esta nueva visión del aprovechamiento de la biodiversidad microbiana de los ecosistemas con el fin de proveer a nuestra sociedad de productos y servicios biotecnológicos se llama gestión de los recursos microbianos (MRM, siglas del inglés microbial resource management).

Distintos enfoques metodológicos aplicados por la biotecnología ambiental

Tal como ya hemos indicado anteriormente, podemos diferenciar dos maneras metodológicas de realizar los estudios en la biotecnología ambiental:

1. Las metodologías basadas en el aislamiento del microorganismo de interés y en la caracterización de sus funciones metabólicas a partir de su estudio en el laboratorio mediante su cultivo puro.

Ya hemos comentado que la limitación de este enfoque metodológico reside principalmente en el hecho de que las situaciones generadas en el laboratorio y la información que se deriva de ellas bajo condiciones de cultivo puro a menudo no resultan fáciles de transferir a lo que ocurre en el medio natural, o incluso no resulta posible interpretar esta información cuando se analizan estas funciones metabólicas como una parte de todo el ecosistema. Pero eso no quiere decir que tengamos que despreciar cualquier actuación de la biotecnología ambiental que se base en estas

metodologías. Esta limitación es consecuencia de la complejidad de los consorcios microbianos y sus interacciones con el entorno.

2. Las metodologías basadas en el análisis del consorcio microbiano considerándolo como una unidad funcional. Las aplicaciones basadas en esta aproximación conceptual pueden resultar más empíricas, sobre todo cuando se tiene un desconocimiento del consorcio. Ahora bien, en determinadas circunstancias puede resultar más práctica. No obstante, presenta la limitación que no detectamos las estructuras y/o los grupos relevantes fisiológicamente en el consorcio y perdemos posibilidades de intervención sobre éstos.

La combinación de las dos aproximaciones metodológicas no ha resultado fácil hasta los últimos tiempos. Las nuevas técnicas moleculares nos están permitiendo explorar y empezar a comprender el funcionamiento de esta “caja negra” que hasta ahora nos resultaba el consorcio microbiano. Un número importante de las técnicas moleculares se fundamenta en las secuencias específicas que presentan los ácidos nucleicos en los seres vivos. Estas nuevas técnicas de biología molecular nos facilitan el conocimiento de los consorcios microbianos in situ, la evaluación de la composición y la estructura de poblaciones presentes y las funciones metabólicas que realizan, la identificación de los microorganismos relevantes en el consorcio, el aislamiento de estos microorganismos y la manipulación o gestión de los procesos desarrollados por el consorcio. Por lo tanto, nos estamos proveyendo de nuevo conocimiento para una gestión medioambiental que se pueda fundamentar mejor en un sistema de MRM. A pesar del apoyo que suponen estas técnicas de análisis molecular (genómica o metagenómica) en poblaciones microbianas ambientales, apenas hemos empezado el aprendizaje de la diversidad y la complejidad de los sistemas naturales que contienen decenas de miles de microorganismos diferentes, tal como nos los encontramos en el trato intestinal o en un lodo activo de una planta depuradora de aguas. Por eso, nos hace falta todavía identificar y comprender qué microorganismos son esenciales y cómo nos podemos beneficiar selectivamente de sus acciones metabólicas dentro de un ecosistema en concreto.

El éxito de procesos de intervención ambiental, basados en la utilización de un microorganismo o de un consorcio microbiano específico que nos interesen, necesita mecanismos activos para el mantenimiento de estos microorganismos y del metabolismo por el cual los hemos escogido, ya que los procesos naturales de selección microbiana fácilmente desplazan estos

microorganismos de nuestro interés. También se ha planteado la introducción de microorganismos manipulados genéticamente para realizar tareas específicas en el medio, pero estos microorganismos seleccionados de manera artificial resultan a menudo muy malos competidores en entornos naturales y, además, las aplicaciones medioambientales basadas en éstos tienen una baja aceptación social. Los microorganismos manipulados genéticamente a menudo no pueden superar los diferentes condicionantes ambientales para su crecimiento o incluso para su supervivencia.

Actualmente muchas de las aplicaciones de la biotecnología ambiental tratan más de fundamentarse en técnicas que nos permitan el uso de cepas microbianas naturales

con el fin de mantenerlas adecuadamente dentro de un entorno natural, que no de generar sofisticados microorganismos manipulados genéticamente con el fin de obtener nuevas combinaciones artificiales de genes. Esta aplicación práctica nos tendría que permitir estabilizar los microorganismos autóctonos del medio natural que pueden realizar la función de biodegradación que pretendemos en nuestra actuación.

Actividades de interés actual en la biotecnología ambiental

Se diferencian cinco grandes ámbitos de aplicación de la biotecnología ambiental, en la que probablemente veremos las contribuciones más destacables durante los próximos años:

1. El cambio climático. El control de las emisiones de CO2 por el suelo así como la posibilidad de secuestrar cantidades importantes de carbono en el suelo mediante cambios significativos en las prácticas agrícolas rutinarias pueden convertirse en una de las contribuciones de la biotecnología ambiental, y en particular de la biotecnología microbiana, a la regulación del cambio climático que tal vez nos podría afectar durante las próximas décadas . Otro aspecto relacionado con este ámbito es el control o la prevención de las emisiones de metano procedente de residuos, de prácticas agrícolas y de sistemas naturales. Aunque están en fase de estudio, existen algunas metodologías para intentar eliminar metano atmosférico a través de bacterias metanotróficas del suelo .

2. Energías alternativas. La disponibilidad de nuevas fuentes energéticas renovables se está convirtiendo en uno de los objetivos tecnológicos más destacables del siglo xxi, tal como hemos indicado anteriormente. Hay que indicar que hasta ahora las posibles contribuciones por parte de microorganismos son limitadas. Muchas de las propuestas se han quedado a escala experimental de laboratorio o como mucho en ensayos de planta piloto. No obstante, no podemos despreciar algunas aportaciones potenciales, como por ejemplo la síntesis de hidrógeno por parte de nuevas cepas de arqueobacterias o la producción de la llamada bioelectricidad mediante los generadores microbianos de energía dentro de una escala muy modesta (microbial fuel cells). Otras potenciales fuentes energéticas alternativas están considerando la utilización del metabolismo microbiano para producir gas natural (metano), etanol o hidrógeno. Estas unidades están basadas en generar electricidad directamente a partir de la oxidación de compuestos orgánicos por el metabolismo bacteriano (cepas de los géneros Geobacter o Rhodoferax) al transferir los electrones a un ánodo en lugar de hacerlo en un aceptor tradicional de electrones. También habrá que valorar en un futuro los progresos de técnicas que se consigan con el fin de aumentar el rendimiento energético a gran escala de las diferentes fuentes de bioenergía, principalmente la síntesis de metano, etanol e hidrógeno. Además, la potencial aplicación de estas mejoras tecnológicas está supeditada al hecho de si resultan económicamente competitivas respecto de los precios de mercado de las energías fósiles (petróleo, gas y carbón). Las fuentes de bioenergía proceden de la degradación de la materia orgánica por diversas rutas del catabolismo microbiano y presentan diferente eficiencia energética y diferentes costes por su síntesis. Ésta requiere habitualmente tres

procesos tecnológicos que comportan la preparación de las materias primas, la posterior síntesis del compuesto bioenergético normalmente por un proceso de fermentación microbiana y finalmente una serie de manipulaciones que nos permitirán obtener el compuesto bioenergético (downstream processing). La eficiencia y los costes asociados a estos tres procesos tecnológicos nos determinarán si el compuesto bioenergético resulta verdaderamente alternativo a otras fuentes energéticas presentes en el mercado.

3. Procesos de reciclaje. El reciclaje efectivo de muchos elementos y compuestos en los ecosistemas nos determina la sostenibilidad medioambiental de determinadas actividades humanas. La comprensión de la estructura y de las funciones de los consorcios microbianos nos puede proporcionar herramientas para la descontaminación de suelos y sedimentos, la eliminación de contaminantes en el aire y la degradación de compuestos recalcitrantes procedentes de diferentes actividades humanas. Podemos destacar en este ámbito la biodegradación microbiana de compuestos aromáticos derivados de las actividades industriales que resulta esencial para mantener el ciclo del carbono en el planeta. Muchos de los procesos de degradación de los compuestos aromáticos se han basado en la utilización de cepas del género Pseudomonas, aunque no exclusivamente, ya que no podemos descartar el uso de otros grupos bacterianos.

4. Los recursos hídricos. El aprovechamiento y la gestión optimizada de los recursos hídricos resultan un elemento clave en el desarrollo social y económico de las sociedades actuales. Por un lado, existe una estrecha relación entre el crecimiento económico y la demanda de agua y, por otro lado, los recursos hídricos (en términos cualitativos y/o cuantitativos) de que se dispone no siempre pueden satisfacer la demanda de nuestras sociedades.

El resultado es que la calidad en el suministro de agua potable (con continuidad y de manera sostenible), el saneamiento de las aguas residuales (por procesos eficientes y de bajo consumo energético) y su potencial regeneración se están convirtiendo en un reto primordial para poder garantizar este recurso con la calidad adecuada que requieren las distintas actividades humanas en muchas zonas del planeta con recursos hídricos limitados o muy variables. La regeneración de aguas es un factor ambiental estratégico en muchos territorios, como por ejemplo en los casos de recuperación de acuíferos, la gestión integral de cuencas fluviales o zonas costeras, o el abastecimiento de recursos hídricos alternativos en las aguas potables de suministro para diferentes actividades industriales y de ocio (Jofre, 2007). Resulta cada vez más importante la identificación de las contaminaciones de las aguas en su origen. Las aportaciones de materia orgánica se encuentran entre las contaminaciones más importantes que reciben las aguas y, dentro de esta aportación, tiene una proporción muy importante la contaminación fecal,

que llega proveniente principalmente de las aguas residuales urbanas, los lixiviados y las escorrentías de actividades ganaderas, de efluentes de mataderos y de plantas de procesamiento y manufactura de alimentos de origen animal. En los últimos años se están haciendo esfuerzos importantes en el desarrollo de metodologías por detectar el origen de la contaminación fecal en las aguas superficiales (detección del origen microbiano o microbial source tracking) y poder detectar, contener y eliminar este tipo

de contaminación fecal estrechamente ligado a las enfermedades de transmisión hídrica. Los riesgos sanitarios asociados debidos a la presencia de esta contaminación fecal resultan diferentes según si es de origen humano o animal. Eso ha hecho que últimamente se hayan propuesto diferentes métodos microbiológicos o químicos para la determinación del origen de la contaminación fecal. También ha habido más interés por la detección de contaminantes y patógenos en el agua con el fin de determinar los riesgos sanitarios y tomar medidas para su control y/o eliminación. Eso ha hecho potenciar el desarrollo de nuevas técnicas y tests comerciales para la detección de patógenos en aguas y para el análisis de la transferencia horizontal de genes que codifican por factores de virulencia o por la resistencia a antibióticos.

5. Salud y medio ambiente. El gran éxito del uso clínico de los antibióticos de manera universal, sobre todo en los países desarrollados, hizo que algunos analistas pensaran durante la década de los años setenta del siglo xx que en pocos años conseguiríamos la erradicación de las enfermedades infecciosas. Estas expectativas se han quedado sin cimiento en los últimos años, ya que se ha constatado la aparición de cepas microbianas resistentes a antibióticos por un uso intensivo o inapropiado de éstos en la medicina humana y veterinaria para el tratamiento y la prevención de enfermedades, o bien por usar los antibióticos como promotores de crecimiento en la producción ganadera. El uso excesivo de antibióticos ha dado como resultado la selección de resistencias a algunos de ellos por parte de algunas poblaciones bacterianas en el trato intestinal de los animales que se utilizan en la cadena alimenticia humana. Eso ha contribuido a la aparición de cepas de patógenos resistentes a los antibióticos en la medicina humana. En consecuencia, el conocimiento y la gestión de las poblaciones bacterianas intestinales –tanto de los humanos como de los animales relacionados con la cadena alimenticia– y de otras poblaciones microbianas extraintestinales, ya sean simbiontes o comensales (principalmente en mucosas y en la epidermis), que están directamente o indirectamente relacionadas con el estado sanitario, están adquiriendo un papel esencial. Hay una demanda creciente de métodos de diagnóstico y detección efectivos y operativos (fácil uso y bajo coste), que se ha convertido en una actividad de desarrollo importante para la biotecnología ambiental para el control y la contención de los patógenos en nuestra sociedad. Los recientes conocimientos en este ámbito permiten establecer nuevos procesos activos y alternativos de prevención y control de los agentes causantes de enfermedades.

Entre estos procesos pueden destacar la utilización de los autoinductores e inhibidores de los mecanismos o percepción de quórum o quórum sensing bacterianos. Estos mecanismos permiten la coordinación poblacional de la expresión génica relacionada con la concentración celular de una población bacteriana.

También tenemos la utilización de los bacteriófagos para el control de patógenos emergentes o como alternativa a las resistencias a los antibióticos y también como organismos modelo para validar procesos de depuración de aguas

residuales o procesos de higienización de lodos de depuradora o de suelos contaminados por microorganismos. Hace falta añadir que el incremento de la movilidad de las personas por todo el planeta, acompañado por una economía globalizada que permite una movilidad más fácil y más recursos materiales y consecuentemente más microorganismos, ha facilitado la extensión de determinadas

enfermedades infecciosas que estaban limitadas territorialmente y, al mismo tiempo, también ha contribuido a la aparición de los llamados patógenos emergentes. Nos hacen falta nuevas técnicas de control de los agentes infecciosos no sólo en el entorno clínico o sanitario sino también en el medio ambiente.