Algodón doble gen (científicos)

Seminario #2 Algodón doble gen en ColombiaPostura comunidad científica

IntroducciónDesde la academia se ha tratado de organizar el debate sobre la adopción de los cultivos GM, alrededor del análisis ponderado de los riesgos biológicos y beneficios ambientales y económicos. Los riesgos biológicos se definen por los posibles efectos negativos sobre consumidor humano o ambiente en que se liberan. Los beneficios ambientales tienen que ver con los efectos de la reducción en el uso de agroquímicos (insecticidas y herbicidas), y los beneficios económicos con la reducción en las pérdidas debidas al ataque de insectos y a la competencia de malezas, así como a la reducción de los costos de producción.El presente es un documento que pretende plantear algunos de los aspectos científicos más importantes del algodón GM que se comercializa en Colombia desde el 2003, se intentará mostrar cual es la postura de la comunidad científica del país sobre el cultivo y aprovechamiento del algodón GM frente al algodón convencional y las posibles implicaciones que este pueda tener. Se contextualiza al lector con una breve revisión del algodón convencional en Colombia, seguido de la explicación de que es y cómo se crea el algodón doble gen, para finalizar con la postura de la comunidad científica frente al uso y comercialización del algodón GM.

AntecedentesLas primeras referencias literarias acerca del algodón datan del año 1.500 antes de Cristo, en la India. Este país fue por más de 3.000 años el centro principal de la producción y transformación de la fibra algodonera y algunas telas hindúes hechas en telares primitivos no fueron igualadas sino hasta el siglo XIX. A través del tiempo el cultivo fue expandiéndose a otros países de Asia, África y Europa. En Colombia, y otros países de América, el algodón se explotaba como fibra para vestidos desde antes de la conquista española.

ImportanciaEl algodón es la principal planta cultivada para producción de fibra en el mundo, de gran importancia como materia prima para la fabricación de tejidos y prendas de vestir. Como subproducto, una vez removida la fibra, queda la semilla que es procesada para la extracción de aceite comestible y torta de uso en la fabricación de alimentos concentrados para animales. Inclusive, las fibras cortas, que quedan luego de remover la totalidad de la fibra, son procesadas para obtener productos dietéticos de alto contenido de fibra y algunos usos alimenticios que incluyen forros para embutidos y para mejorar la viscosidad de ciertos productos como pasta dental y helados, entre otros.En Colombia el cultivo del algodón representa una actividad agrícola importante en lo económico y en lo social, con múltiples cultivos en diversos departamentos del país como Antioquia Bolívar, Cesar, Córdoba, Cundinamarca, Huila, Tolima, entre otros.(Asociación de Biotecnologia Vegetal Agricola).

MejoramientoEn los últimos 60 años, el mejoramiento genético convencional de la especie, es decir, la introducción de características útiles en la planta (productividad, precocidad, resistencia a insectos y enfermedades, arquitectura de la planta y calidad de fibra, etc.) ha permitido obtener nuevas y mejores variedades. No obstante que en el mundo el promedio de rendimiento se incrementó a una tasa de 8 Kg/ha/año entre 1959 y 1990, la productividad del algodón registró un estancamiento a partir de 1992 con un promedio de 592 kg/ha de fibra, siendo que en Colombia el rendimiento fluctuó entre 500 y 710 kg/ha en los últimos 20 años (Mendoza, 2000). Las técnicas de mejoramiento convencional requieren gran cantidad de tiempo para seleccionar y establecer una característica particular y deseable en una variedad y en algunos casos es imposible incorporar estas características por métodos tradicionales.Desde hace 15 años, la ingeniería genética, también llamada tecnología del ADN recombinante, se está aplicando para obtener plantas de algodón genéticamente modificadas (GM), resistentes a insectos y tolerantes a herbicidas existiendo un gran potencial para introducir otras características deseables en la planta. Esta nueva tecnología es considerada como un instrumento alternativo para modificar y mejorar los cultivos, particularmente en el caso del algodón donde las pérdidas por insectos y malezas son altamente significativas. El alto costo del control químico de los insectos y las malezas, justifica el desarrollo de plantas genéticamente modificadas, no solo para reducir el costo de producción, sino también el deterioro del medio ambiente.

Adopción de cultivos transgénicos de algodón en ColombiaColombia adoptó la tecnología Cry1Ac (Bollgard©, Monsanto) en el 2003 con 5% del área algodonera (700 ha) (Martínez et al., 2006) y en el 2008 llegó a las 28.000 ha (Agro-Bio, 2009). En el Tolima, la siembra de algodón genéticamente modificado cubrió 81,20% del área algodonera en el 2007 (ICA, 2007), representada principalmente por algodón NuOpal y se reportó una reducción de 50% en el número de aplicaciones de insecticidas (Serrano, 2007).

Algodón en ColombiaEl algodón pertenece al género Gossypium, familia Malvaceae, el cual comprende un amplio número de especies. Citológicamente las especies de este género se pueden dividir en: diploides (n=13) y tetraploides (n=26), cuya distribución geográfica se encuentra por todo el mundo. La especie de algodón que se cultiva comercialmente en el país es Gossypium hirsutum L. y es originaria de México y Centro América, en donde se pueden encontrar plantas nativas creciendo como arbustos de carácter perenne y crecimiento indeterminado. [1]. A través del mejoramiento genético el hábito de crecimiento de esta planta ha sido modificado para adaptarla a la producción comercial, pasando de las plantas nativas, perennes e indeterminadas a plantas anuales y de crecimiento más o menos determinado que producen algodón semilla más temprano que las plantas nativas [2]. En Colombia el cultivo del algodón representa una actividad agrícola importante en lo económico y en lo social, con múltiples cultivos en diversos departamentos del país como Antioquia Bolívar, Cesar, Córdoba, Cundinamarca, Huila, Tolima, entre otros. [3]

Un problema determinante del cultivo de algodón ha sido el alto costo de producción ocasionado, en gran parte, por el control de plagas, que últimamente llegó a requerir en algunas regiones, hasta de 14 aplicaciones con altas dosis de insecticidas. Algunos limitantes tecnológicos, que afectan la productividad y rentabilidad del cultivo, han sido: la respuesta diferencial de las variedades a las condiciones ambientales de las zonas de cultivo, la degradación de los suelos causada por una mecanización excesiva, deficientes prácticas culturales, carencia de investigación propia y bajos niveles de adopción de tecnología. [3]

Algodón transgénicoEl algodón pertenece a la primera generación de cultivos modificados genéticamente que ha dado como resultado el desarrollo de cultivos con un potencial importante para aumentar la productividad, reducir el impacto ambiental al disminuir el uso de insecticidas y herbicidas; y mejorar la calidad del producto a través de la introducción de resistencia a insectos y de tolerancia a herbicidas o de una combinación de estas dos características en una misma variedad (“stacked trait product”).El método de transformación comúnmente utilizado en algodón, es a través de la bacteria del suelo Agrobacterium tumefasciens, el cual utiliza las propiedades biológicas de dicha bacteria para introducir el gen correspondiente al rasgo o característica deseada. Tal método, es bien conocido y ha sido empleado en la modificación genética de diversas plantas dicotiledóneas (Monsanto Agricultura España, 2002).

Algodón BtEste algodón tiene como característica la resistencia a insectos lepidópteros, su modificación genética consiste en insertar genes de Bacillus thuringiensis var. Kurstaki (Bt) en plantas de

algodón (Gossypium hirsutum L.), con el fin de producir pequeñas cantidades de una proteína Cry δ-endotoxina que es tóxica para las larvas de lepidópteros y bajar las aplicaciones de insecticidas (Rodríguez et al., 2005). Las proteínas Bt fueron clasificadas en cuatro clases, basadas en el rango de sus hospederos. Así, por ejemplo Cry1 es activa frente a lepidópteros, Cry2 actúa contra lepidópteros y dípteros, Cry3 contra coleópteros y Cry4 contra dípteros

Modo de acciónLas proteínas Cry requieren que estas sean ingeridas para tener una actividad insecticida. En el intestino del insecto, la proteína se solubiliza debido al alto pH (alcalino) y se degrada hasta quedar el núcleo proteico que genera la actividad tóxica. El núcleo de la proteína se une a receptores específicos en el intestino medio de insectos lepidópteros, se inserta dentro de la membrana y forma poros que rompen el flujo de iones existentes en el tubo digestivo. De esta forma se produce parálisis en la digestión y se causa la muerte del insecto.Los tejidos del sistema digestivo de insectos no objetivo, mamíferos, pájaros y peces carecen de receptores donde se pueda unir a la proteína Cry1, tienen un pH ácido, lo que impide que se interrumpa la digestión y en consecuencia esta no es tóxica para especies distintas a insectos lepidópteros (Monsanto Agricultura España, 2002).

Riesgos de uso del algodón BtUno de los riesgos asociados a esta tecnología es el surgimiento de especies secundarias, que pueden colonizar los nichos que quedan libres por la mortalidad de las especies sensibles a estos materiales transgénicos (Altieri, 2000). Entre las especies potencialmente beneficiadas por tolerancia a los materiales de la primera generación se reportan las del complejo Spodoptera (Bacheler y Mott, 2003), Según Zenner y colaboradores (2008) la susceptibilidad a la toxina de larvas de S. frugiperda y S. sunia colectadas en el Tolima fue prácticamente nula; el algodón transgénico que se cultiva actualmente en Colombia proporciona un control satisfactorio de las heliotinas pero no del complejo Spodoptera, lo cual corrobora los resultados encontrados por Berrocal y colaboradores (2005) y Adamczyk y colaboradores (1997). Se evidencia el riesgo potencial que tiene este complejo para pasar de plagas secundarias a primarias en algodón Cry1Ac Zenner y colaboradores (2008).

Algodón RRSe trata de un algodón resistente al herbicida glifosato, característica otorgada por la enzima CP4 EPSPS derivada de Agrobacterium sp. cepa CP4. La solicitud para este cultivo fue gestionada por la Compañía Agrícola Colombiana Ltda. El proceso se inició en el año 2002 cuando el ICA autorizó pruebas de bioseguridad y de evaluación agronómica en zonas del Caribe húmedo. Estas mismas pruebas se repitieron en el 2003 en el alto Magdalena y el Valle del Cauca. En ese mismo año se realizaron ensayos para estimar la distancia de transporte de polen. Las pruebas se realizaron en los centros de investigación del Ica en Nataima y Palmira. Para la región Caribe, el ICA autorizó ensayos semicomerciales en el año 2003. En el 2004 el algodón RR fue liberado para siembras comerciales en esta misma región de Colombia.

Modo de acciónAsí como los genes cry han sido introducidos a la planta de algodón para generarresistencia a insectos, los métodos de ingeniería genética han permitido que plantas

de algodón sensibles a herbicidas se modifiquen genéticamente para ser capaces detolerar herbicidas no selectivos de amplio espectro como glifosato, oxinil, glufosinatode amonio y sulfonilurea.El glifosato, elimina las plantas inhibiendo competitivamente la enzima 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintetasa (EPSPS). La EPSPS es esencial para la producción deaminoácidos aromáticos en las plantas. La estrategia de tolerancia consistió en conferirles a las plantas de algodón, la capacidad de producir la proteína CP4 EPSPS, derivada de Agrobacterium sp. cepa CP4 que de forma natural es tolerante alherbicida y de esta manera generar en la planta la tolerancia al herbicida.Esta tecnología ha sido utilizada en las variedades de algodón, que confieren tolerancia a las aplicaciones tópicas del herbicida, cuyo ingrediente activo es el glifosato.El herbicida oxinil, incluyendo bromoxinil y ioxinil, actúa bloqueando el flujo de electrones durante la fotosíntesis, inhibiendo la respiración celular en plantas dicotiledóneas. Este herbicida es tóxico para las variedades convencionales de algodón.Las variedades modificadas que contienen el gen bxn para tolerancia a oxinil permiten a los agricultores usar herbicidas con este ingrediente activo sin causar daño alalgodón. El gen bxn fue aislado de Klebsiella pneumoniae sbsp.ozaenae y codificapara la enzima nitrilasa la cual hidroliza el ixonil y bromoxinil en compuestos notóxicos (AGBIOS, 2002).El herbicida fosfinotricina, ingrediente activo del glufosinato de amonio, es un potenteinhibidor de la glutaminosintetasa, enzima clave en la regulación del metabolismo delnitrógeno. Las plantas de algodón genéticamente modificadas para tolerar y detoxificarel glufosinato contienen un gen que codifica para la enzima fosfinotricinaacetiltransferasa (PAT), procedente de la bacteria Streptomyces viridochromogenes, lacual le confiere resistencia, vía inactivación del herbicida fosfinotricina (Calderón etal., 1991; ISAA, 2002b).El algodón con resistencia a sulfonilurea fue desarrollado introduciéndole una forma delgen ALS tolerante al herbicida, el cual codifica la enzima acetolactato sintetasa (ALS). Laenzima ALS producida, en el algodón genéticamente modificado, es una forma resistentede una enzima similar presente en todas las plantas, bacterias y hongos, y de esta manera confiere la resistencia al herbicida (AGBIOS, 2002).

Algodón resistente a insectos y tolerante a herbicidas (doble gen)El algodón con resistencia a insectos y con tolerancia a herbicida ha sido desarrollado combinando ambos rasgos (genes acumulados), proporcionando al agricultor la oportunidad de disponer en una misma variedad protección contra insectos y tolerancia a herbicida. El mismo proceso empleado para obtener variedades convencionales fue utilizado para combinar las características introducidas en este algodón. De esta forma, el algodón con tecnologías conjuntas (Bt + tolerante a herbicida) fue obtenido por mejoramiento convencional mediante un cruce del algodón Bt y el tolerante a herbicida (ICA, 2004a).

Modo de acciónLas proteínas Cry de Bacillus thuringiensis (Bt) y CP4 EPSPS de Agrobacterium tumefasciens, cepa C4, producidas por el algodón con genes acumulados, actúan independientemente y a través del mismo mecanismo que ya fue descrito cuando se trataron individualmente las

características Bt y tolerante a herbicida. Dichas proteínas se acumulan en sitios diferentes de la planta, la CP4 EPSPS lo hace en los cloroplastos, mientras que la proteína Cry se presenta en el citoplasma. El modo y sitio de actividad biológica son significativamente diferentes entre Cry y CP4 EPSPS y no se conoce, ni se concibe un mecanismo de interacción entre estas proteínas, el cual pudiera generar efectos nocivos para la salud de los animales o del hombre (ICA, 2004a).

Estudios y Postura CientíficaEn un estudio elaborado por Giovanni Reyes, Alejandro Chaparro Giraldo y Kelly Ávila, durante el primer semestre del año 2009 y publicado en la revista Colombiana de biotecnología, se realizó la comparación entre el cultivo convencional de algodón y otras dos clases de tipo transgénico (Nuopal BG/RR y DP 455 BG/RR), el estudio se llevó a cabo en el municipio del Espinal, Tolima. La actividad consistió en encuestar los propietarios de 20 predios al azar, esto, con el fin de recolectar información relacionada con: Uso de insecticidas, el uso de herbicidas y el uso de maquinaria agrícola en las dos tecnologías agrícolas evaluadas. Además se utilizó la metodología de Kovach y colaboradores (1992), para determinar el efecto ambiental por medio del índice de coeficiente ambiental (EIQ). Algunos de los resultados obtenidos en este estudio se presentan a continuación.

Tabla 1. Datos de producción del cultivo de las tecnologías evaluadas

En la comparación de la tecnología convencional y la transgénica se encontraron diferencias significativas a favor de la segunda. En promedio, las variedades transgénicas rindieron 0,4 ton/ha más que la variedad convencional.Cabe destacar que los genes transferidos a las variedades transgénicas no tienen un efecto directo sobre la producción puesto que confieren resistencia a insectos lepidópteros y tolerancia al glifosato. Pero esta tecnología transgénica parece tener un efecto positivo en la estabilidad de la producción, comparada con su contraparte convencional.

Tabla 2. EIQ de campo calculado para cada tecnología agrícola

Los valores muestran claramente que no hay diferencias significativas en el impacto ambiental medido por EIQ entre la tecnología convencional y la tecnología transgénica en el cultivo del algodón en el municipio del Espinal, Tolima, Colombia, en el primer semestre de 2009.

Tabla 3. Promedio de consumo de combustible para cada tecnología agrícola

Los cálculos realizados muestran que es la tecnología convencional la que genera menores emisiones de gases de efecto invernadero, resultado de prácticas agrícolas intensivas aplicadas en pequeñas extensiones de terreno, dado que el 100% de los productores convencionales en esta muestra son pequeños. Las variedades transgénicas, por el contrario, presentaron los mayores valores de liberación de CO2, lo que permitiría concluir que dichas tecnologías están generando mayor efecto ambiental en términos de maquinaria, debido a que los cultivos se desarrollan en sistemas agrícolas tradicionales de alto consumo energético y que no tienen dentro de su plan de siembra el uso de labranza mínima, asociado por ejemplo a la soya transgénica tolerante a herbicidas.

Lo anterior permite generar algunas conclusiones que pueden ayudar a aclarar el debate sobre la conveniencia de la utilización de cultivos transgénicos de algodón en el país.

Conclusiones Existen diferencias significativas en producción de las variedades transgénicas

comparadas con las variedades convencionales No se encontraron diferencias significativas en el impacto ambiental derivadas del uso

de insecticidas y herbicidas, medido por EIQ, entre la tecnología transgénica y la tecnología convencional.

Es mayor el efecto de gases invernadero, derivado del uso de maquinaria agrícola, en la tecnología transgénica que en la tecnología convencional. Estos resultados pueden ser explicados por la crisis de confianza debida a los problemas legales derivados de demandas presentadas por agremiaciones de productores contra las empresas dueñas de la tecnología transgénica.

Las variedades de algodón BT y RR ha demostrado un rendimiento en la producción y una disminución en el uso de insecticidas y herbicidas.

Se muestra que para un adecuado rendimiento y eficacia de los cultivos de algodón es necesario seguir el protocolo de siembra según las recomendaciones de los dueños de la biotecnología.

Bibliografía

[1] C. A. Silva, «Algodón genéticamente modificado,» Agro Bio, 2005.

[2] T. J. Cadena, «Crecimiento y desarrollo de la planta de algodón y sus efectos sobre el,» Memoria curso manejo integrado del algodonero, Corpoica., pp. 46-57, 2000.

[3] Asociación de Biotecnologia Vegetal Agricola, [En línea]. Available: http://www.agrobio.org/fend/index.php?op=YXA9I2JXbDQmaW09I016UT0=. [Último acceso: Abril 2013].

[4] Evaluación del comportamiento del complejo Spodoptera con la introducción de algodón transgénico al Tolima, Colombia

http://www.corpoica.org.co/sitioweb/Archivos/Revista/3.EvaluacindelcomportamientodelcomplejoSpodoptera.pdf

http://www.ica.gov.co/getattachment/c17cdff4-e29f-48f4-9128-ced126519b9c/2008R0880.aspx

http://www.conalgodon.com.co/portal/06_parafiscales/ffa/01_informes/01_Sistemaalternativomipmalezasenalgodonestransgenicos.pdf

http://corpomail.corpoica.org.co/bacdigital/contenidos/catalogo.asp?CA=61378




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