josé luis solleiro ccadet-unam
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Biotecnología: hechos y
percepciones
José Luis SolleiroCCADET-UNAM
Biotecnología vegetal
• Técnica que incorpora nuevos rasgos productivos para mejorar el desempeño agronómico de una variedad vegetal o para introducir en las plantas características novedosas que las hacen más útiles para la alimentación, provisión de sustancias terapéuticas y combate a la contaminación
Construyendo a un organismo nuevo
ADN de interés, el gen de la
INSULINA
Extracción del plásmido (ADN circular)
Resistencia alantibiótico A.
Célula humana
Núcleo
Extracción del ADN
Enzima que “corta”La fracción desada del ADN
A.
B.
Bacteria
Enzima que “abre” al plásmido
Plásmido “abierto”
C.
Resistencia alantibiótico A.
D.
ADN de interés, el gen de la
INSULINA
Enzima que “une” ambos fragmentos del ADN
Resistencia alantibiótico A.
Plásmido híbrido
Resistencia alantibiótico A.
Plásmido híbrido
Introducción a bacterias
Bacterias productoras deINSULINA HUMANA
INCORPORACIÓN A PROCESOS DE PRODUCCIÓN
3.- Las partículas del nuevo ADN son“bombardeadas” dentro de la célula vegetal.
1.- ADN que porta una característica deseable, por ejemplo, la resistencia a una plaga.
2.- El ADN es intruducido en las células de Agrobaterium.
2.- El nuevo ADN se une a pequeñas partículas de metal.
3.- Agrobacterium transfiere al nuevoADN dentro de la célula vegetal.
4.- El nuevo ADN es incorporado en los cromosomas de las plantas deseadas.5.- Las células vegetales comienzan a
dividirse con el nuevo ADN.
6.- La nueva planta presenta las características deseadas. Por ejemplo, la resistencia a una plaga.
Biotecnología vegetal
• La mayor tasa de difusión de una innovación en la historia de la agricultura
• Desde que se comercializaron por primera vez, la superficie global cultivada ha aumentado más de 50 veces
• Después de una década de su liberación al mercado, se han sembrado en el mundo más 400 millones de hectáreas de cultivos modificados genéticamente
• El mercado global de cultivos modificados genéticamente es de más de 5.5 mil millones de dólares
0
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1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Aumento de 13% (12 millones de hectáreas o 30 millones de acres) de 2005 a 2006.
Fuente: Clive James, 2006.
ÁREA DE CULTIVOS BIOTECNOLÓGICOS EN EL MUNDOMillones de hectáreas (1996 a 2006)
TotalIndustrializadosEmergentes
22 países productores de cultivos biotecnológicos
Biotecnología para la agricultura
• Plantas que puedan utilizar óptimamente el agua, adaptables a condiciones de sequía.• Plantas de alto rendimiento, sin presionar más la frontera de tierras cultivables.• Plantas que optimizan la eficiencia en el uso de insumos químicos minimizando la emisión de agentes contaminantes al ambiente• Plantas que no son dañadas por radiaciones.• Plantas que pueden contribuir a objetivos de salud, con mayor valor agregado para el productor
Los productos biotecnológicos pueden continuar generando beneficios hacia la próxima década
Primera Generación de Productos Biotec
UtilizaciónNitrogeno
Incremento Rend.
Tolerancia a sequía
Modificación Aceites
Mejora de Salud
BeneficiosConsumidor
Proteínas, Vitaminas
BeneficiosIndustria
Alimentación Ganado
Bio-energíaRenovable
Procesos Industriales
Segunda Generación de Productos Biotecnológicos
Protección Insectos
ToleranciaHerbicidas
Los productores se hacen dependientes de las multinacionales
de las semillas• Existe una vasta y poderosa industria de
proveedores de semillas tradicionales. • Todas las semillas siguen compitiendo en
cuanto a rendimiento.• Aún son pocos los cultivos para los que se
ofrece semilla GM• La biotecnología no cambiará la estructura
del mercado• El productor compra semilla porque ésta le
significa una ventaja económica
Fuente: SAGARPA, 2006
Las patentes impedirán que el agricultor pueda volver a sembrar
• La semilla sólo representa una parte del costo total de la producción de un agricultor moderno
• Las últimas variedades, seleccionadas para adaptarse a las condiciones del tiempo,del terreno las plagas invariablemente superan los ahorros y las complicaciones que implica retener semillas de la cosecha anterior
• No solamente se protege la PI para las plantas GM
• Estas consideraciones existían antes de la introducción de la biotecnología.
Los cultivos GM representan una amenaza para los orgánicos
• Tanto los cultivos orgánicos como los biotecnológicos pueden desarrollarse en el mismo lugar.
• Se trata de cumplir con especificaciones de coexistencia
• Ambas estrategias de producción han sido diseñadas para nichos de mercado muy específicos.
La biotecnología es para países desarrollados
La biotecnología aumentará el uso de agroquímicos
• ¿por qué la industria agroquímica de EE.UU. ha experimentado por primera vez una disminución de la demanda al mismo tiempo que aumenta la producción de los productos agrícolas?
• Monsanto ha advertido que, desde 2008, hay una caída de las ventas de sustancias químicas de uso agrícola de 1.000 millones de dólares, o un 28%, debido a que los cultivos biotecnológicos están reduciendo la demanda
Aplicaciones de Insecticidas, Comayagua, Honduras, 2002
Lugar Maíz YieldGard Maíz ConvencionalTomasito 1 6Lupo 0 2Palo Blancos 0 2Finca 1 1 5Finca 9 1 3Jicaral 0 1Pivote 1 1 2Pivote 6 0 0Promedio 0.5 2.5
Reducción del uso y aplicaciones de insecticidas en algodones transgénicos (bollgard) en La Región
Laguna, Mexico. (Dr. Urbano Nava, 2000).
•Antes de la introducción de algodones bollgard en la Comarca Lagunera se aplicaban 18 Kg i.a./ha contra el
complejo de lepidópteros.
•Actualmente, se siembra el 85% de algodones transgénicos (bollgard) con una reducción de 16 Kg i.a./ha de insecticidas.
(2 kg i.a./ha para el complejo de chupadores).
Impacto de Algodones Bt en Aplicaciones de Insecticidas
Lugar Antes Bt Con BtArizona 6 1Chihuahua 14 5R. Laguna 16 2
B.C. abc 2.8 1.3
¿Vale la pena buscar opciones para el combate de plagas?
Los OGMs representan una amenaza para variedades criollas
• Las decisiones de adopción de semilla las toma el agricultor en función de aspectos agroecológicos y económicos
• La introducción de OGMs debe evaluarse con igual rigor que el caso de cualquier variedad
• Solamente la preferencia del agricultor hace que se desplacen variedades
¿Es efectiva en el control de plagas?
Diatraea lineolata
Honduras: Evaluaciones de 20 Híbridos con B. t. y sus contrapartes sin el B. t.
Control de barrenador del tallo
Spodoptera frugiperda
Control de gusano cogollero
Helicoverpa zea
La biotecnología ha sido rentable para el cultivo de maíz: he aquí
algunos datos
Argentina
Fuente: Trigo (2006)
Rendimiento de Maíz Bt en Argentina 2000Alta incidencia de barrenador ( Diatraea saccharalis )
02468
10121416
Convencional Maíz Bt Convencional Maíz Bt Convencional Maíz Bt
Ren
dim
ient
o (to
n/ha
)
+ 31% + 20% + 25%
Ganancia en rendimiento promedio con Maíz Bt: 1,200 Kg/Ha
Estados Unidos: reducción de costos de control de malezas
Adopting HR soybeans under conventional tillage reduces
household- labor by 14.5%, a result that is statistically
significant
Justin G. Gardner, Richard F. Nehring and Carl H. Nelson (2009)Genetically Modified Crops and Household Labor Savings in US
Crop Production AgBioForum, 12(3&4): 303-312
Sudáfrica
Fuente: Gouse et al. Int. J. Biotechnology, Vol. 7, Nos. 1/2/3, 2005
España• Para el periodo 2002-2004, los
productores que usaron maíz Bt tuvieron un margen superior (85 euros/ ha), lo que representa un 13% por encima del margen promedio del productor de maíz
• La ventaja promedio de rendimiento durante tres temporadas de siembra (2002/04) fue de 4.7%, con variaciones regionales muy claras
Fuente: European Commission (2006) Economic Impact of Dominant GM Crops Worldwide: a Review
Honduras
Comparación del rendimiento medio del C-344YG y C-344 convencional
5.74
6.54
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
C-344 Co
nv
C-344 Y
G
To
n/
Ha
Fuente: Trabanino (2006)
Fuente: Brookes & Barfoot — GM Crops: The Global Economic and Environmental Impact: The First Nine Years
Los rendimientos sí aumentan.....los costos disminuyen
Fuente: Brookes & Barfoot — GM Crops: The Global Economic and Environmental Impact: The First Nine Years
¿Vale la pena?
Fuente: Brookes and Barfoot (2010), GM crops: global socioeconomic and environmental impacts 1996-2008
Fuente: Brookes and Barfoot (2010), GM crops: global socioeconomic and environmental impacts 1996-2008
Los alimentos biotecnológicos son inseguros
• Son los alimentos más evaluados en la historia
• Hay regulaciones nacionales e internacionales
• Directrices y principios del Codex Alimentarius
Evaluación de riesgos
Esta metodología fue desarrollada por expertos de todo el mundo, y
básicamente establece directrices o “árboles de decisión” que guían el
proceso de evaluación
Salud e inocuidad alimentaria
La metodología incluye evaluación cuidadosa de aspectos como toxicidad, contenido de nutrimentos y posibilidad
de alergenicidad
Preguntas tipo¿Tienen las proteínas recientemente expresadas
en la planta una historia establecida de uso seguro en el suministro alimentario?
¿Provienen las nuevas proteínas de fuentes que se conoce son alergénicas?
¿Tienen alguna similitud con los alergenos conocidos?
¿Ha cambiado de alguna manera el perfil alergénico del alimento que se está cambiando a
partir de su contraparte tradicional?¿Ha cambiado la composición de nutrimentos o
antinutrimentos (componentes que pueden reducir la disponibilidad de nutrimentos) del alimento
como resultado de la modificación?¿Cuál es el uso que se pretende del alimento? y
¿Su uso plantea preguntas relativas a las poblaciones potencialmente sensibles?
¿Es la proteína sensible al calor, ácido y a la digestión enzimática?¿En que concentración está
presente la proteína en el alimento?
Evaluación de riesgosSalud e inocuidad alimentaria
Los OGMs se evalúan cuidadosamente en dos grandes áreas: efectos en la
salud humana e impacto en el ambiente.
Equivalencia sustancial
El primer paso en la evaluación es establecer si el nuevo producto tiene una historia de uso seguro y si es similar al producto original en
sus características químicas y valor nutritivo. Si la respuesta es afirmativa se dice que tiene
equivalencia substancial. Si se determina que esta condición existe, las evaluaciones se
centran en la nueva característicaSi se determina que no hay equivalencia
sustancial o que existe riesgo potencial de toxicidad o alergenicidad, por ejemplo, si la nueva planta contiene un aditivo alimenticio que no es “generalmente reconocido como seguro” (GRAS) el producto se somete a
pruebas cuidadosas de laboratorio.
La biotecnología es una moda pasajera, no tiene futuro
• Las inversiones en I&D siguen creciendo• Los hallazgos científicos nos empiezan a
llevar a conceptos como la nutrigenómica• Las posibilidades para solucionar problemas
como la producción en condiciones de sequía o la eliminación de agentes tóxicos en alimentos son inmensas
Principales características introducidas en plantas
transgénicas• Resistencia a herbicidas.• Resistencia a insectos.• Resistencia a patógenos.• Calidad del producto.• Características agronómicas.• Utilización como biorreactores.
Biotech Bt rice and biotech phytase maize were approved byChina on 27 November 2009, nationally-developed proprietaryproducts were produced in China entirely with public sectorresources;Bt rice can contribute to a better quality of life and a safer andmore sustainable environment due to less dependency oninsecticidesPork production with phytase maize will be more efficientbecause pigs can more easily digest phosphorus, therebycoincidentally enhancing growth and reducing pollution fromlower phosphate animal waste. Farmers will no longer berequired to purchase and mix phosphate supplement resulting insavings in supplements, equipment and labor.
ISAAA (2010)
Nuevos cultivos y eventos biotecnológicos:
•2010, Estados Unidos y Canadá producirán el maízSmartStaxTM, con ocho genes que codifican tres eventos;•2010, la India dispondrá de la berenjena Bt, siempre que loapruebe el Gobierno;•2012, llegará el arroz dorado a las Filipinas y posteriormente aBangladesh y la India y en última instancia a Indonesia yVietnam;•China producirá arroz biotecnológico y maíz con fitasa en 2 o 3años;•el maíz tolerante a la sequía llegará a Estados Unidos en 2012 yal África Subsahariana en 2017•evento de uso eficiente del nitrógeno (UEN) en el trigobiotecnológico en cinco años o quizá algo más.
Desarrollos que se están probando y serán pronto una
realidad comercial
Café sin cafeína
Se han identificado los genes responsables de la producción de cafeína en el grano de café. Su expresión antisentido podría proporcionar café sin cafeína sin afectar al aroma y sabor.
La compañía Integrated Coffee Technologies de Hawaii tiene la patente para su desarrollo.
Tabaco sin nicotina
La compañía Vector Tobacco de Carolina del Norte ha desarrollado un tabaco transgénico que no sintetiza nicotina en la hoja.
También desarrollan variedades que contienen menos hidrocarburos policíclicos, nitrosaminas y catecoles.
Algodón coloreado
Mediante la introducción de 15 genes se ha conseguido la producción de índigo, utilizado para teñir algodón, en E. coli. El proceso es menos contaminante que la producción química. Obviamente sería más limpio y barato si el algodón fuera azul.
Incremento de productividadUso de los animales como factoríasPrevención de enfermedadesMejora de la digestibilidad
ALIMENTOS TRANSGÉNICOS ANIMALES
INCREMENTO DE TAMAÑO
Desarrollo mixto Beneficio para el productor No siempre funciona
α1-antitripsina Calcitonina Factor VIII Factor IX Fibrinógeno Interleuquina 2 Proteína C t-PA
USO DE LA GLÁNDULA MAMARIA COMO UNA FACTORIA CELULAR
Utilización de lactosa Actividad proteasa Producción de diacetilo Bacteriocinas Resistencia a fagos Vacunas
ALIMENTOS TRANSGÉNICOSFERMENTADOS (bacterias ácido-lácticas)
Mejora del proceso de producción de la levadura Ventaja ecológica Mejora del cuerpo del vino Fermentaciones mixtas Reducción de acidez Incremento de aroma Producción de resveratrol
Crecimiento industrial Reducción del tiempo de fermentaciónEliminación de aditivos alergénicosIncremento de volumen
Eliminación de ß-glucanosCervezas de bajo contenido calóricoIncremento de SO2Eliminación del diacetilo
ALIMENTOS TRANSGÉNICOSFERMENTADOS (levaduras)
CERVEZA
VINO
PANPAN
Maíz tolerante a la sequía
Maíz tolerante a déficit de agua:
• Mejora el rendimiento optimizando el uso del agua existente.
• Reduce sustancialmente los costos de irrigación, con grandes beneficios ambientales.
• Interesantes resultados en México (UAEM-CINVESTAV)
A la agricultura se destina alrededor 70% del agua disponible en México.
Convencional Biotecnológico
Para el 2025, se estima que los países en desarrollo podrían reducir su producción ~ 300 millones de toneladas de grano debido a problemas de escaces de agua.
Agricultural Water SecuritySix Priority Areas
Biotechnology can produce plants with enhanced drought and salt tolerance and water use efficiency
Los efectos de la falta de agua
Eficiencia en uso de Nitrogeno en Maíz
10% incremento en rend. Vs variedades élite en múltiples ensayos de campo
Rendimiento equivalente con 50% menos fertilizante nitrogenado
Testigo Gen N
Mejor absorción y utilización de Nitrógeno se traduce en:
> BiomasaFollaje + verdeMetabolitos clave> Rendimiento
Maíz con niveles de Nitrógeno
N Limitado Suficiente N
Maíz de alto rendimiento
Este maíz:
Cuenta con mayor toleranciaal estrés.
Mayor vigor.
Mejor utilización de nutrientes.
Eficiencia en la fotosíntesis.
Mayor índice de cosecha.
Incremento significativo de la productividad del cultivo.
Maíz de alta lisina para alimentación pecuaria
Este maíz:
Incrementa el nivel de aminoácidos esenciales en el alimento para ganado.
Reduce el costo del alimento.
Mejora el balance de aminoácidos.
Incrementa la energía total.
Reemplaza componentes y suplementos nutricionales costosos.
Incrementa sustancialmente el nivel de aminoácidos en el alimento para ganado.
Niv
el d
e lis
ina
libre
(ppm
)
Recientemente aprobado en EUA, es el primer producto con característica decalidad generada por biotecnología para la industria de producción animal
Mavera™ High Value Corn With Lysine
Maíz de alta fermentación para producción de etanol
Este maíz:
Cuenta con altos niveles de almidones fermentables.
Permite a las fábricas de etanol obtener mayores rendimientos, con mayor eficiencia y rentabilidad.
Significa un potencial de desarrollo para la industria de combustibles y un crecimiento rural sostenido.
El etanol es una importante fuente de energía alternativa; el Maíz es eficiente para la producción de etanol.
Maíz AF Fibra Rastrojo
Etanol
Restos
1000 Kg grano produce 450 Lts de etanol
Resultados en México de los dos cultivos sembrados en nivel
semicomercial
CULTIVO DEL ALGODONERO EN LOS ULTIMOS 10 AÑOS
SUPERFICIE SEMBRADA (ha)
Fuente: ASERCA (2006)
CULTIVO DEL ALGODONERO EN LOS ULTIMOS 10 AÑOS
RENDIMIENTO
PACAS / ha
Fuente: ASERCA (2006)
Soya: Historial de siembrasSOYA SOLUCION FAENA
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2000
3000
4000
5000
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
HE
CTA
RE
AS
0%10%20%30%40%50%60%70%
LAB
RA
NZA
RE
DU
CID
A
• Permite un control muy eficiente de la maleza.
• La tecnología Solución Faena Soya reduce el costo de control de maleza hasta en un 60%.
• El beneficio económico ha sido consistente durante los ciclos. Mayor al 37% con respecto al sistema convencional de producción de soya en la zona del Soconusco, Chiapas.
Beneficios de la Tecnología en Chiapas
Fuente: Lic. Otilio Wong Arriaga (2005), Cultivo de soya, Chiapas, Tapachula
La biotecnología agrícola en México:El caso del maíz
Las solicitudes para siembras experimentales maíz GM iniciaron en 1993, y para 1998 se habían concedido 32 permisos.La mayor parte relacionados con el maíz Bt (una variedad protegida contra insectos).En 1998 se suspendieron todas las pruebas de campo como una medida precautoria de factotendiente a evitar posibles daños ecológicos.En 2001, se identificarontransgenes de maíz en el estado de Oaxaca, lo que acentuó las presiones para regular la bioseguridad en centros de origen. La evidencia reciente muestra que el impacto en los criollos es mínimo. Esto ha sido confirmado por estudios de la CCA....
Efectos esperados de los transgenes en la diversidad genética de razas locales y
teocintles• “La introgresión de unos cuantos transgenes individuales
difícilmente tendrá algún efecto biológico significativo en la diversidad genética...” La erosión genética es más bien resultado de factores socioeconómicos
• Éste es uno de los hallazgos más importantes, pues derriba la hipótesis de que los maíces criollos están amenazados por los GMs. Esto se explica porque hay miles de genes en los maíces que no van a ser desplazados por la adición de unos cuantos adicionales
• El estudio del INE publicado en PNAS en 2005 confirma que los transgenes no se fijan en criollos (S. Ortiz-García, E. Ezcurra, B. Schoel , F. Acevedo , J. Soberón, and A. A. Snow (2005) Absence of detectable transgenes in local landraces of maize in Oaxaca, Mexico (2003-2004) PNAS 2005;102;12338-12343)
Los permisos de 2009• Después de extensas consultas• En los estados del norte, lejos de regiones
consideradas centro de origen• Fase experimental, con fuertes controles de
bioseguridad• Hasta ahora, resultados muy favorables• Falta generar más datos y luego la fase de
producción piloto• Los cultivos están autorizados para consumo
