La edición genética y la alimentación del futuro

La agricultura de este siglo se enfrenta a un reto histórico: producir alimentos suficientes para una población que en 2050 será de 9.700 millones de habitantes. Según el Foro de Expertos de Alto Nivel de la FAO, esto supone aumentar la producción agronómica en un 70%-100% en los próximos treinta años. Sin embargo, las incertidumbres que trae el cambio climático hacen prever una tendencia opuesta. El aumento de las temperaturas y las alteraciones en los regímenes de lluvias harán que en las próximas décadas los rendimientos disminuyan, las malas hierbas y plagas proliferen y se reduzca la superficie de tierra cultivable. Además, la agricultura es una considerable fuente de CO2 que habría que limitar. En agosto de 2019, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático publicó un informe en el que instaba a los países a (entre otras acciones) a fomentar el cultivo de variedades vegetales más productivas y mejor adaptadas a climas cada vez más impredecibles y a suelos pobres o salinos. Esto además reduciría en gigatoneladas las emisiones de CO2 y liberaría millones de hectáreas para bosques, que fijan CO2.

Es urgente mejorar las variedades cultivadas para aumentar la producción aprovechando al máximo el suelo y reduciendo el uso de pesticidas y fertilizantes; desarrollar plantas con rendimientos estables, resistentes a plagas y al estrés ambiental. También es deseable generar alimentos biofortificados que ayuden a prevenir enfermedades y suplir carencias nutricionales, y eliminar otros alérgenos y compuestos no deseados. Pero, con tan poco tiempo, todo esto es tarea imposible con las técnicas actuales de mejoramiento vegetal.

La mejora vegetal tradicional se queda corta

La mejora vegetal convencional se basa en producir mutaciones genéticas al azar irradiando millones de especímenes, e induciendo así cambios en su ADN para después seleccionar aquellos individuos que presentan mutaciones útiles. Otra aproximación es hacer cruzamientos con especies próximas que tengan rasgos de interés, e intentar fijarlos en las siguientes generaciones sin perder las ventajas de la línea original. Estos planteamientos han aumentado enormemente la productividad en las últimas décadas, pero ha sido en detrimento de la diversidad genética y con pérdida de otros caracteres interesantes, como por ejemplo, el sabor de los tomates. Además, son procesos muy costosos y que requieren plazos muy largos. Por este motivo se han ido concentrado, cada vez más, en unas pocas compañías multinacionales de semillas. 

Afortunadamente, en la última década se ha desarrollado una tecnología revolucionaria, la edición génica, que va a permitir producir nuevas variedades vegetales de forma espectacularmente rápida, barata y sencilla. Las plantas resultantes no llevarán ADN extraño y por tanto no serán transgénicas, y serán indistinguibles de las obtenidas por mejoramiento tradicional. A diferencia de la mutagénesis, la edición génica solo causa unos pocos cambios genéticos dirigidos. Como no requiere selección, no reduce la diversidad genética. Además, permite mejorar multitud de rasgos simultáneamente y en pocas generaciones, a diferencia de los programas tradicionales que requieren decenas de años para mejorar un único carácter. Todas estas técnicas se denominan NPBT (New Plant Breeding Techniques, o nuevas técnicas de mejora vegetal), y son el futuro de la agricultura.

La revolución de CRISPR y la edición génica

La edición génica utiliza la maquinaria natural de reparación del ADN de los organismos. La herramienta más popular hoy en día se basa en CRISPR, término acuñado en 2001 por Francisco Mojica, investigador de la Universidad de Alicante. CRISPR es un sistema inmune que permite a las bacterias reconocer y destruir el ADN de organismos hostiles. Es decir, son unas “tijeras” que cortan el ADN con precisión justo por los genes deseados. El sistema fue adaptado a partir de 2012 como herramienta de edición por Jennifer Doudna (Universidad de California), Emmanuelle Charpentier (Universidad de Viena) y Feng Zhang (Broad Institute, Harvard).

Para utilizar la edición génica tenemos que saber qué genes hay que “corregir”. Gracias a la investigación básica conocemos muchos de los genes que controlan rasgos interesantes para la agricultura, como el tiempo de floración, el tamaño de los frutos, la resistencia a patógenos, frío, sequía etc. También sabemos qué versiones de estos genes provocarían el efecto deseado. En muchas ocasiones, desactivar un solo gen es suficiente para conseguir una gran mejora. Por ejemplo, la desactivación del gen MULTIFLORA de tomate hace que las plantas tenga diez veces más flores y frutos.

Edición génica en los laboratorios y en el campo

Cientos de estudios han descrito experimentos de edición génica en decenas de especies de producción, y los resultados han sido espectaculares. En 2014, el grupo de Gao (Academia de Ciencias China) generó trigo resistente al oídio, un hongo que puede destruir cosechas enteras. En 2017 el grupo de Francisco Barro, del IAS-CSIC en Córdoba, desarrolló líneas de trigo con bajísimo contenido en gluten inactivando 35 de los 45 genes de las a-gliadinas. Ninguno de estos resultados hubiera sido posible por mejora tradicional en tan pocos años.

Algunas de las líneas editadas ya han sido aprobadas en algunos países y han dado el salto a la producción comercial. Calyxt, una empresa estadounidense, comercializa un aceite de soja sin grasas trans y con un 80% de ácido oleico. Pronto estarán en el mercado unos champiñones que no ennegrecen al cortarlos. La compañía Corteva ha producido un tipo de maíz idéntico a otro que se utiliza para fabricar espesantes.

Pero las NPBT no van a quedar en manos de grandes empresas. Su sencillez y bajo costo suponen una auténtica revolución y democratización de la mejora. Pequeñas compañías de semillas ya están desarrollando independientemente o en colaboración con grupos de investigación mejoras a la carta de sus propias variedades locales.

La recuperación de la diversidad genética

Una apasionante perspectiva de la edición génica es la posibilidad de recuperar la diversidad genética de las especies silvestres, perdida tras siglos de selección. Por ejemplo, durante la domesticación del tomate se han perdido casi 5.000 genes, incluyendo algunos de los que le proporcionaban sabor y resistencia a enfermedades. El investigador Pereira Peres de la Universidad de São Paulo, llevó a cabo una domesticación de novo del progenitor silvestre del tomate, Solanum pimpinellifolium. Esta especie produce pocas bayas, muy pequeñas, pero con niveles muy altos de licopeno, un potente antioxidante con alto valor nutricional. Su grupo editó seis genes en la especie silvestre y en una generación obtuvo plantas con 10 veces más tomates, de tamaño similar al de los domesticados, y con cinco veces más licopeno que los tomates comerciales.

Hay al menos 20.000 especies comestibles que nunca se han domesticado, muchas de las cuales tienen nutrientes beneficiosos y son más resistentes a enfermedades y climas extremos. Su domesticación por edición génica abre inmensas posibilidades de desarrollo de nuevos alimentos con una producción más sostenible.

Europa puede quedarse atrás

Países de todo el mundo están apostando con fuerza por las NPBT. En Estados Unidos, el Departamento de Agricultura no exige etiquetar los alimentos “editados” ya que no contienen fragmentos de ADN extraño y no se pueden distinguir de las tradicionales. Australia no los va a regular porque las NPBT generan mutaciones “de forma más precisa que las técnicas tradicionales”. En Japón un panel de expertos ha declarado estos productos seguros para el consumo y recomienda no regularlos. China ha hecho una inversión millonaria en investigación en NPBT, y ostenta el mayor número de publicaciones y patentes del mundo en este campo. Rusia acaba de invertir 1.700 millones de dólares para editar, en ocho años, 10 especies agronómicas incluidas la cebada, remolacha, trigo y patata.

Mientras tanto la Corte de Justicia Europea dictó en 2018 que cualquier variedad producida mediante NPBT está sujeta a la normativa de Organismos Genéticamente Modificados (OGM). Según la legislación europea, cualquier variedad generada “mediante alteración de su material genético de una forma que no ocurre naturalmente” es considerada OGM.

Paradójicamente, la mutagénesis de la mejora clásica (en absoluto natural y equivalente a la edición génica pero mucho menos precisa) está específicamente excluida de la norma, por su uso tradicional y su probada seguridad. Esta situación deja a los agricultores y empresas europeas en posición de clara desventaja frente a países y empresas multinacionales que en poco tiempo estarán generando y exportando variedades editadas más productivas y resistentes, no etiquetadas, e imposibles de trazar por no contener ADN extraño. 

Agricultores, empresas y asociaciones científicas agrupadas en la European Plant Science Organisation han instado a la Unión Europea a revisar el marco legal para permitir el uso de las NPBT. Esto podría hacerse realidad hacia 2021 ya que el Consejo de la UE ha solicitado en noviembre de 2019 un estudio y una propuesta de la comisión europea para contemplar nuevas medidas en relación con la edición génica.

Con Europa o sin Europa, según Jennifer Doudna, en los próximos cinco años estaremos consumiendo alimentos editados genéticamente. La supervivencia de la especie humana siempre ha dependido de los avances en la agricultura, pero en este siglo también dependerá de ella el destino del planeta.