Cuando investigadores europeos anunciaron recientemente una nueva técnica que podría reemplazar los plaguicidas químicos por una “vacuna” natural para los cultivos, la propuesta sonó demasiado buena para ser verdad. Demasiado buena en parte porque la agricultura es compleja, y las tecnologías novedosas que parecen brillantes en el laboratorio a menudo no logran sus resultados en el campo. Y demasiado buena porque la fe de la agricultura en la “Revolución Verde” en los fertilizantes, fungicidas, herbicidas y otros insumos del agronegocio ha resultado en gran medida inquebrantable hasta ahora, independientemente de los efectos sobre la salud pública o el medioambiente.
Sin embargo, las tecnologías emergentes —entre ellas las vacunas vegetales, la edición genética (distinta de la ingeniería genética) y la manipulación de las asociaciones entre plantas y microbios— ofrecen la tentadora promesa de que aún podría ser posible cultivar de forma más sostenible y, al mismo tiempo, aumentar los rendimientos. En realidad, esta vez apenas hay alternativa a cumplir esa promesa, debido a la necesidad de alimentar a 10 000 millones de personas a finales de este siglo y hacerlo en una superficie de tierra limitada y pese a un cambio climático impredecible.
La idea de las vacunas para proteger a las plantas de los patógenos lleva décadas circulando en el agronegocio sin mucho resultado. Pero en los últimos años se ha acercado más a la realidad, ya que las investigaciones han demostrado que es posible modificar un mensajero genético natural para atacar patógenos específicos de los cultivos. El ARN de doble cadena (o ARNds) es un activador clave del sistema inmunitario de las plantas y de muchos otros organismos. Una línea de investigación actual utiliza la ingeniería genética para modificar este sistema de defensa natural, lo que ha dado lugar, por ejemplo, a una nueva variedad de algodón con ARNds dirigido contra insectos chupadores de savia que se han convertido en una plaga en China.
Sin embargo, la ingeniería genética ha enfrentado límites tecnológicos y regulatorios que reducen su capacidad para responder rápidamente a un patógeno emergente, y además puede resultar impopular entre el público, especialmente en los cultivos alimentarios. Un estudio publicado el mes pasado en Plant Biotechnology Journal propone, en cambio, un método para tomar un patógeno de un cultivo, secuenciarlo en el laboratorio y producir rápidamente ARNds con una secuencia de nucleótidos larga que se dirige específicamente a ese patógeno. Cámaras de fermentación bacteriana podrían producir entonces con rapidez suficiente cantidad de ese ARNds dirigido para rociarlo sobre los cultivos. El autor principal, Manfred Heinlein, biólogo molecular vegetal del Centro Nacional Francés de Investigación Científica, calcula que el proceso podría pasar de la identificación de un nuevo patógeno a la aplicación comercial de un rociado dirigido en seis meses o menos.
A diferencia de los plaguicidas químicos, Heinlein y sus coautores escriben: “los agentes de ARNds son compuestos biocompatibles y biodegradables que forman parte de la naturaleza y que se encuentran de forma ubicua dentro y fuera de los organismos, así como en los alimentos”. Como el ARNds dirigido coincide con una secuencia de nucleótidos larga en el patógeno, sigue siendo eficaz hasta cierto punto, incluso cuando partes de esa secuencia en el patógeno sufren mutaciones. Por tanto, es poco probable que se enfrente a la resistencia evolutiva que suele volver ineficaces los tratamientos químicos.
Heinlein añade algunas advertencias: técnicamente no es una vacuna. En lugar de generar una inmunidad persistente, como haría una vacuna, solo funciona si el patógeno está presente y, aun así, únicamente durante los 10 o 20 días que tarda el ARNds en biodegradarse. La investigación también debe avanzar desde las pruebas exitosas en el laboratorio contra el virus del mosaico del tabaco hacia ensayos de campo contra otros patógenos comunes de los cultivos. Ello incluye determinar si el ARNds impone tensiones inesperadas a la planta o produce efectos no deseados, por ejemplo, sobre insectos beneficiosos. Si esas pruebas salen bien, sin embargo, Heinlein especuló con que la tecnología podría reemplazar los plaguicidas químicos en algunas aplicaciones en tan solo cinco años.
La tecnología de edición genética CRISPR, designada por la revista Avance del Año 2015 de
Cómo funciona CRISPR/Cas9.
Reuters
Gran parte del atractivo de la edición genética tiene que ver con el potencial de hacer que las plantas realicen el trabajo que hoy hacen los plaguicidas y otros insumos costosos. El trigo, por ejemplo, suele requerir un uso intensivo de fungicidas contra el oídio. Pero investigadores de China ya han desarrollado una variedad editada genéticamente resistente a la enfermedad. La tecnología de edición genética es lo bastante barata como para que también pueda ayudar a regiones en desarrollo que no pueden permitirse los plaguicidas comerciales o que, de otro modo, carecen de acceso a ellos, y donde la ingeniería genética es ahora la otra vía probable para abordar enfermedades que pueden devastar el arroz, el maíz, la yuca y otros cultivos básicos.Sin embargo, puede que sea un indicador más realista de lo que está por venir que el primer cultivo editado genéticamente disponible comercialmente y sembrado en los campos de Estados Unidos, en 2015, fuera una colza modificada para resistir herbicidas. Es un recordatorio de que las mejoras pasadas en la tecnología agrícola han servido en ocasiones solo para atar aún más inextricablemente a los agricultores a los insumos químicos; por ejemplo, con el aumento de 15 veces en el uso del herbicida glifosato provocado por la introducción de cultivos Roundup Ready modificados genéticamente a mediados de la década de 1990.“Es una visión curiosa de la agricultura sostenible… que considera que superar la resistencia a los agroquímicos es un progreso”,
comentó Maywa Montenegro, investigadora de política ambiental en la Universidad de California en Berkeley. “¿Deberíamos realmente permitir que los agricultores rocíen más glifosato en sus campos cuando la Organización Mundial de la Salud ha determinado que la sustancia es un carcinógeno “probable” y cuando se ha asociado con el colapso de las poblaciones de mariposas monarca?”Una respuesta a esa pregunta llegó en marzo del gigante del agronegocio (y fabricante del glifosato) Monsanto. Según
un informe de Reuters
, comprometió 100 millones de dólares para fundar una startup llamada Pairwise, centrada en el uso de la edición genética “para modificar cultivos comerciales, entre ellos maíz, soja, trigo, algodón y colza, exclusivamente para Monsanto”.
Las nuevas herramientas genómicas han permitido por primera vez un análisis detallado de las comunidades microbianas que viven dentro y alrededor de las plantas, el equivalente agrícola del microbioma humano. Esto ha convertido el estudio de estos microbios mutualistas en un tema candente de la investigación académica y comercial, con el potencial de sustituir biopesticidas y biofertilizantes por insumos agroquímicos. Los investigadores han destacado microbios que pueden ayudar a diversos cultivos a extraer fósforo, nitrógeno y otros nutrientes del entorno; sobrevivir a sequías, salinidad del suelo, calor, frío y otras formas de estrés; resistir plagas de insectos y enfermedades; y mejorar la fotosíntesis, entre otras cosas. Pero estos resultados prometedores a menudo resultan decepcionantes en el campo, donde cientos de especies microbianas pueden interactuar entre sí y con una planta de formas que los científicos apenas empiezan a comprender.
El ejemplo clásico de asociación entre plantas y microbios es, por supuesto, la fijación de nitrógeno en cacahuetes, garbanzos y otras leguminosas. Estas plantas albergan y alimentan a bacterias especializadas en nódulos de sus raíces. A su vez, las bacterias extraen nitrógeno del aire y lo convierten en alimento para la planta. Esta asociación parece lo suficientemente fácil de manipular, y durante décadas los agricultores han gastado un poco más de dinero al momento de la siembra para potenciar el proceso de fijación de nitrógeno inoculando soja y otras semillas con una dosis adicional de estas bacterias beneficiosas.
“Funciona muy bien la primera vez que cultivas soja en un campo”, afirma R. Ford Denison, ecólogo agrícola de la Universidad de Minnesota. Pero después, por razones que los científicos no comprenden del todo, el suelo acumula una población de bacterias menos eficientes. Estas exigen más apoyo de la planta que las alberga y suministran menos nitrógeno a cambio. Los agricultores terminan, paradójicamente, añadiendo fertilizante nitrogenado a plantas diseñadas por la evolución para proporcionar nitrógeno por sí mismas.
Pero la investigación sobre el microbioma agrícola apenas está comenzando y, inevitablemente, desarrollará formas más sofisticadas de poner a los microbios a trabajar en favor de la agricultura sostenible. Por ejemplo, en 2003, Toby Kiers, entonces estudiante posdoctoral en el laboratorio de Denison, descubrió que las plantas fijadoras de nitrógeno tienen la capacidad de detectar y dejar sin recursos a las bacterias ineficientes. Actualmente trabaja en la Universidad Libre de Ámsterdam para desarrollar plantas con un control más matizado sobre sus socios microbianos.
