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Mexico DF 2014
Consideraciones sobre la regulación de las nuevas tecnologías de mejoramiento genético: A 31 años
del primer reporte de OGMs
Laboratorio Nacional de Genomica para la BiodiversidadCINVESTAV
IRAPUATO, MEXICOCinvestav
Una actividad escencial para la sobrevivencia humana
Una de las actividades más dañinas al medio ambiente y la biodiversidad
La agriculturaCinvestav
Para satisfacer la demanda de alimentos a nivel mundial se requiere incrementar la producción de alimentos en al menos un 50% en los
próximos 10 añosCinvestav
Principales problemas de la agricultura moderna
- Disponibilidad de agua
- Baja fertilidad de suelo
- Plagas y enfermedades
Para alcanzar altos niveles de productividad agrícola se hace un uso creciente de agroquímicos, principalmente fertilizantes, herbicidas,
pesticidas y fungicidas
Cinvestav
La disponibilidad de agua disminuye y el uso de fertilizantes aumenta
Entre el 70 y 80% del consumo de agua dulce a nivel mundial se dedica a irrigación para la agricultura
Cinvestav
De los 21.4 millones de hectáreas que se cultivan anualmente en México, solo el 47% de la superficie sembrada se fertiliza.
El consumo de fertilizantes en México es de 4 millones de toneladas anuales, de los cuales importamos el 61% (2.5 millones de toneladas).
El precio promedio de la tonelada de fertilizante es de aproximadamente 300 dólares por tonelada, por lo que el valor total de los fertilizantes es de 1,200 millones de dólares de los cuales el 61% son productos de importanción.
¿Seguimos los mismos esquemas de fertilización que han causado graves daños al medio ambiente y la biodiversidad?
Los fertilizantes en MéxicoCinvestav
Mississippi
Louisiana
Texas
Golfo de México
Nasa satellite image
Cada año el derrame de fertilizantes en la desembocadura del río Mississippi causa una zona de mar muerto de alrededor de 10
460 km2
FUENTE : Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera/ SEMARNAT
Producción agrícola en México
Pérdidas ($) ≈ 2000 millones
en 2012
Anualmente se pierde entre 10 y 20 % de la producción agrícola nacional por plagas y enfermedades
¿Seguimos usando los mismos agroquímicos del pasado?
Cinvestav
En el 2009 el mercado de plaguicidas químicos en México fue de
aproximadamente 700 millones de dólares
Uso de plaguicidas en México
FUENTE : Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera y FAO
PESTICIDAS QUIMICOS
Baja especificidad
Toxicidad Generación de resistencia
Disminución microflora benéfica Residualidad Disminución de eficiencia
Método curativo = Dosis elevadas
El reto
Lograr incrementar la producción de alimentos del 50 al 70% en los próximos 10 a 20 años, disminuyendo de manera sustancial el uso de agroquímicos ( sobre todo aquellos que causan problemas de salud o daños ecológicos caros)
La solución
Usar todas de manera coordinada e integrada todas las tecnologías disponibles. En particular todos los esquemas de mejoramiento genético (tradicional y por ingeniería genética) y un uso efectivo, y regulado de agentes biológicos para reducir el uso de fungicidas plaguicidas y fertilizantes (agentes de biocontrol, biofertilizantes, bioinsecticidas, etc)
Posibles problemas
- Falta de recursos e infraestructura para desarrollar programas propios.
- Sobreregulación para nuevas tecnologías
- Falta de regulación para la producción y uso de productos biológicos ( productos milagro )
- Establecimiento de monopolios
Ahora se regula el proceso para obtener un producto agrícola y no el producto mismo
Regulación
- Basada en evidencia científica y un análisis lógico y despolitizado
- Enfocada en el producto y no el proceso
- Considerar la evaluación riesgo/beneficio de manera comparativa con tecnologías existentes ( ¿es mejor que las tecnologías en uso?)
- Caso por caso, vigilando de manera estricta que los productos no representen un riesgo a la salud y la biodiversidad.
Ejercicio basado en un caso real
-Se hace un análisis de factores de transcripción que se expresan durante el desarrollo del grano de maíz.
-Se identifican más de 100 factores de transcripción que se expresan durante la formación del grano y algunos otros tejidos
-Se generan líneas transgénicas que sobre expresan cada uno de los factores de transcripción identificados o que expresan RNAi que silencia la expresión de los mismos genes.
-Se análizan 5 líneas para cada construcción y se evalúa número de granos por mazorca, tamaño de grano y contenido de aminoácidos y minerales.
-Se identifican 5 genes que tienen potencial agronómico, uno de ellos que el gene PHR1 codifica un factor de transcripción bZIP, que cuando es silenciado por RNAi resulta en granos con contenido incrementado de lisina, triptófano y hierro
La línea de maíz transgénica representa un mercado importante para alimento de animales, PERO altera totalmente la composición de proteínas del grano
El efecto del gene PHR1 se evalua en diferentes fondos genéticos para determinar su efectividad.Se encuentra que es muy efectivo en algunos parentales usados para producción de híbrido pero tiene efectos indeseables en otro.Este análisis muestra que el gene PHR1 interactúa con otros factores de transcripción (diferente interacción con diferentes alelos).
El fenotipo de la semilla cambia drasticamente
La transgénesis altera la composición química, densidad y peso de la semila, afecta también la relación de tejido verde a raices, la germinación de la semilla y la susceptibilidad al ataque de las plagas
La evaluación de los cambios en el transcritoma causados por la construcción RNAi para PHR1 muestra que dependiendo del fondo genético las alteraciones en la expresión de genes es dramática y depende del fondo genético.
¿Si usted fuera evluador de organismos genéticamente modificados cuál sería su respuesta a las siguientes preguntas?
1) ¿Le parece razonable que se hagan pruebas de campo con líneas de RNAi para PHR1?
2) Que tipos de análisis pediría? Perfiles transcriptomicos? Perfiles proteómicos?Análsis de metabolitos y minerales?
¿De todos los organos en diferentes estadios de desarrollo?
Opaco 2 ¿La peor pesadilla para los reguladores?
-La mutante Opaco 2 fue caracterizada por Mertz et al in 1967. Es una mutación que altera la composición de proteínas de almacenamiento que conduce a un importante incremento en el contenido de lisina y triptofano.
-El gene OPACO2 codifica un factor de transcripción tipo bZIP
-Sin embargo el potencial del O2 no pudo ser utilizado a corto palzo por su pobre desempeño en campo debido a que es una mutación pliotrópica que tienen muchos efectos como son: reducida productividad, endospermo suave y sucepsibilidad a enfremedades.
-El fenotipo de la mutación O2 depende del fondo genético y existen diversos genes modificadores que alteran individualmente o en conjunto los componentes del fenotipo O2
En la década de los 90 la Dra. Ortega en el CIMMyT caracterizó genes modificadores que mantenían el incremento en el contenido de Lisina y triptofano, pero eliminaban la mayoría de las caracteristicas indeseables. El Maíz QPM se usa comercialmente en mucho países
Considero que lo primero que debería evaluarse es si la modificación genética planteada podría ocurrir de manera natural por mutaciones puntuales, deleciones, inserciones, translocaciones o el movimiento de transposones.
En el caso de que pueda ocurrir de manera natural debería evaluarse de la misma manera que un producto del mejoramiento convencional. Probablente se pueda utilizar para el caso de genes de maíz en maíz o de cereales en maíz.
Cuales son las preocupaciones o posibles riesgos?
Salud- Análisis del producto final, grano, fruto, tubérculo, etc. Diversidad genética. Evaluación agronómica en diferentes condiciones ambientales
Una alteración genética deleterea tenderá a reducirse o desaparecer de la población con el tiempo
¿Pueden los OGMs realmente contribuir a cumplir la meta?
Un ejemplo
Phosphorus (mg.kg-1)
Cinvestav
Cackman et al, 2009
Over 70 million tons of Phosphate fertilizer are applied yearly to achieve high productivity
Phosphate is the most limiting nutrient in natural and agricultural ecosystems; 70% of cultivated soils have
low Phosphate availability
LOW-P SOIL P-FERTILIZED SOIL
Phosphate is the most limiting nutrient in natural and agricultural ecosystems
•Phosphorus has a low diffusion coefficient in the soil solution and is highly reactive with soil components •Soil bacteria convert P into organic forms that are not readily available for plant uptake•Weeds constantly compete with cultivated plants for limiting resources (i.e Pi, water)
20-30% efficiently utilized
70-80% lost
P
Cinvestav
Mississippi
Louisiana
Texas
Golfo de México
Nasa satellite image
Cada año se forma una zona muerta de alrededor de 10 460 km2 en la desembocadura del río MississippiCinvestav
Pools of Cuatro Ciénegas in Coahuila Mexico
Cuatro Ciénegas is one of only two desert spring ecosystems of significant size in North America.
Geological data suggests that these pools are relics of an ancient oligotrophic sea with one of lowest Pi levels in the world
B. coahuilensis is capable of using Phosphite as P source
A phosphite assimilation operon was previously characterized in Pseudomonas stutzeri WM88 by the Metcalf group. This operon includes ptxD, a gene encoding an oxidoreductase highly specific for phosphite that allows this bacterium to use phosphite (Phi) as a sole P source.
Metcalf and Wolfe J Bact 1998
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Substrate specificity of PTXD
TRAN
SGEN
IC
CO
NTR
OL
NO P PHOSPHATE PHOSPHITE0 20 40 80 20 40 80 mg.kg
Growth of transgenic tobacco plants in a sterile, inert substrate supplemented with Phi
Transgenics are able to use Phi as sole P source, sustaining similar growth to control plants
In NON-STERILE agricultural soils PTXD plants fertilized with Phi require 50% lower P input to achieve maximum
productivity
• Weeds can cause substantialy reduced crop yield• Over 90% of cultivated plants require weed control• Some of the most aggressive weedy species are
becoming increasingly resistant to commonly used herbicides (such as RR)
Alexandergrass (Brachiaria plantaginea) Smooth pigweed (Amaranthus hybridus) Johnsongrass (Sorghum halepense) Ipomoea purpurea False Brome (Brachypodium distachyon)
We urgently need new systems to reduced the negative impact of herbicide resistant weeds on food production.
Scientific American (Mayo 2011)
Herbicide resistant weeds: an increasing concern for the farmer
Brachypodium distachyon vs ptxDNt-80 (50:50)
NO P PHOSPHATE PHOSPHITE
Since Phi effectively promotes transgenic plant growth and compromises weed growth, this system is effective as a herbicide against different weedy species
Growth competition experiments between transgenic tobacco plants and weeds using Phi as a
P fertilizer
Grass weed
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The Phosphite system controls weed growth allowing weeds to decrease soil erosion and water evaporation
A spin-off company from Langebio was created to do the following steps of innovation in the development of the phosphite technology……Follow the example of Gent University…….create jobs for our graduate students
Genetic modification to engineer plants to becapable of metabolizing phosphite
- Provides cultivated plants a competitive advantage over weeds and soil microbes to acquire and assimilate a novel phosphorus source.
-Accidental gene transfer should not have a negative effect on natural ecological systems beacuse Phi is not present naturally in the soil.
-No long term residual effect; phosphite is naturally oxidized into phosphate in a few months
-Mutations to overcome phosphite weed control are less likely than those already observed for traditional herbicides such as glyphosate
-Replacing phosphate by phosphite as a fertilizer in agriculture should reduce the ecological problem caused by toxic algal blooms
-More important, fertilization and weed control can be achieved with a single compound at a lower cost
Cinvestav
Mediante declaración firmada, por 25 Premios Nobel reconocen que las técnicas para modificar organismos son seguras y pueden contribuir al bienestar humano, mejorando la agricultura, la salud y el medio ambiente.Este meta-análisis que incluyó 1783 estudios, concluye que “hasta ahora no
se ha detectado ningún peligro a la salud humana asociado directamente con el uso de cultivos genéticamente modificados”.
Este meta-análisis incluyó 12 estudios de alimentación a largo plazo (de 90 días a más de 2 años) y 12 estudios multi-generacionales (de 2 a 5 generaciones).Los investigadores concluyen que las plantas GM son equivalentes nutricionalmente a sus contrapartes convencionales y que pueden usarse de manera segura en alimento humano y para forrajes.
El análisis de 40 estudios en campo sobre los efectos en la diversidad de invertebrados por el uso de algodón y maíz transgénicos en comparación con otros sistemas agrícolas, muestra que hay mayor diversidad de artrópodos en cultivos GM que en cultivos de agricultura convencional.
Efecto de los insecticidas químicos versus los bioinsecticidas
“La conclusión principal que se puede sustraer de los esfuerzos de más de 130 proyectos de investigación, abarcando un periodo de más de 25 años e involucrando a más de 500 grupos de investigación independientes, es que la biotecnología y en particular los OGM, no son per se más riesgosos que las técnicas de mejoramiento convencional.”
Evaluación de la seguridad e inocuidad de los alimentos GM
Tipos de tecnologías potencialmente regulables por la ley de organismos geneticamente modificados
- Trangénicos
- Cisgenicos
- Intragénicos
- Aplicación tópica de miRNAs u otras moléculas
CinvestavCisgenicos e intragénicos
CinvestavCisgenicos e intragénicos
CinvestavCisgenicos e intragénicos de micro RNAs
CinvestavCisgenicos e intragénicos
CinvestavCisgenicos e intragénicos
CinvestavCisgenicos e intragénicos
Genome Editing
New plant breeding technologies
CinvestavEdición de genomas
CinvestavEdición de genomas
CinvestavEdición de genomas
CinvestavEdición de genomas
CinvestavEdición de genomas
CinvestavEdición de genomas
¿Se puede regular si no se puede detectar?
NO hay manera de diferenciar los cambios inducidos por edición de genomas de los que pueden ocurrir en la naturaleza.
Son cambios en genes existentes para alterar su patrón de expressión, inactivar su función, incrementar su función o cambiar su función.
CinvestavEdición de genomas
microRNAs TópicosCinvestav
- Se puede silenciar genes mediante la aplicaciónde microRNAs de forma tópica
- Solo se requiere de una preparación que permita la entrada del RNA pequeño a las hojas
- Monsanto lo desarrolló para controlar las malezas resistentes a glifosato
Los OGMs Genéricos
- La vigencia de las patentes de resistencia a glifosato y Bt vencen muy pronto ( Round-Up Ready en 2014)
- Hay que determinar isi el productor queda en libertad de reproducir y comercializar la semilla
- Existe el riesgo de que lleguen ilegalmente semillas transgénicas de empresas de China y la India (similar a lo que pasó con medicamentos)
- Un manejo y regulación adecuada de los OGMs genéricos puede ofrecer una opción importante de desarrollo para empresas Mexicanas.
- Si se impide el uso de los OGMs, el ingreso ilegal de transgenicos genéricos puede causar un descontrol enorme.
Cinvestav
Los OGMs GenéricosCinvestav
COMPLICACIONES:
-¿A quién pertenecen los datos y proceso de desregulación de OGMs?
-¿ A las agencias regulatorias nacionales? ¿A las empresas que los generaron? ¿A la sociedad? En el caso de medicamentos, incluyendo los productos recombinantes derivados de OGMs, solo se requiere demostrar equivalencia con el producto de patente original (pureza, etc.)
-¿ Continuará la regulación por evento o por construcción? En muchos países es por construcción, solo se necesita desregular una vez
¿Qué hacer?Cinvestav
- Incrementar la inversión en ciencia y tecnología
- Establecer programas propios de investigación para desarrollar los productos que requieren nuestros agricultores
- Regulación adecuada
Marc Van Montagu Jozef Schell
Gracias