La historia del reconocido carácter pionero de Brasil en la producción de biocombustible con caña de azúcar acaba de sumar otro capítulo, que se completó el 10 de diciembre de 2021, cuando la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio) definió como no transgénicas a dos variedades de la caña de azúcar editadas genéticamente por investigadores de la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa). Ambas plantas ahora están siendo sometidas a las pruebas de campo. Según la institución, estas son las primeras variedades de caña de azúcar editadas transgene-free en todo el mundo, es decir, sin la inserción de ADN externo y obtenidas mediante la tecnología denominada Crispr-Cas9, que hizo posible silenciar genes de la planta sin la incorporación de ninguna secuencia génica proveniente de otros organismos. “Lo que hicimos fue generar una versión mejorada de la planta, muy similar al proceso que tiene lugar en la naturaleza”, informa el agrónomo Hugo Molinari, líder de la investigación realizada en la división Embrapa Agroenergía, en Brasilia.
La tecnología Crispr, acrónimo en inglés por Repeticiones Palindrómicas Regularmente Interespaciadas, utiliza la proteína Cas9 para recortar el ADN en puntos específicos con el propósito de inducir mutaciones en regiones de interés. El desarrollo de esta herramienta le valió el Premio Nobel de Química 2020 a la genetista francesa Emmanuelle Charpentier y a la bioquímica estadounidense Jennifer Doudna, quienes trabajaron asociadas para la obtención de un sistema más sencillo, veloz y accesible que otros métodos de edición génica (léase en Pesquisa FAPESP, edición nº 288).
Con el uso de esta nueva tecnología, Molinari obtuvo dos variedades de caña de azúcar con características de gran interés para el sector de azúcar y energía. La primera, que recibió el nombre de Flex I, presenta una digestibilidad mayor (la capacidad de ser digerida) de sus paredes celulares. Esta característica supone un mejor aprovechamiento de la biomasa de la caña de azúcar, tanto para la generación de energía como para la nutrición animal. Dicho de otro modo, la pared celular es más fácil de romperse, cosa que permite un acceso más sencillo a las reservas energéticas de la planta. La otra, Flex II, posee una mayor concentración de sacarosa, lo que le proporciona un mayor techo productivo. En ambas variedades se suprimió la expresión de los genes BAHD1 y BAHD5, respectivamente, implicados en la producción de aciltransferasas. Estas enzimas, que Molinari estudia desde hace 12 años, son las responsables de la formación de la estructura de la pared celular de la planta.
“Para utilizar la técnica de edición genómica es necesario tener objetivos bien precisos”, dice el investigador. Él ya sabía que esas enzimas son las responsables de la rigidez de la pared celular de la planta. Se esperaba que el silenciamiento del gen BAHD1, que la codifica, diera como resultado una mayor digestibilidad de la biomasa. Y eso fue lo que ocurrió, dando origen a la variedad Flex I. La sorpresa apareció cuando el grupo de investigación comenzó a estudiar otro gen de la misma familia, el BAHD5: además de una mayor digestibilidad, la variedad obtenida con este gen también silenciado presentó una concentración mayor de azúcares. “Se registró un aumento de la glucosa, la sacarosa y la fructosa, tanto en el culmo [el tallo de la planta] como en los tejidos foliares”, informa Molinari.
La tecnología de edición genómica Crispr-Cas9 ya había sido empleada en la caña de azúcar por un grupo de investigación encabezado por el agrónomo estadounidense Fredy Altpeter en la Universidad de Florida. Sin embargo, la metodología que utilizó generó plantas consideradas transgénicas, ya que el proceso de edición incluía la incorporación de genes exógenos. “Se incorporaron tres genes: uno que codifica la proteína Cas9, otro que codifica el ARN guía [ARNg, que conduce a la Cas9 hasta la zona del genoma que se pretende editar] y un tercero denominado marcador selectivo, que permite identificar a las células transgénicas”, explica el biólogo Marcelo Menossi Teixeira, coordinador del Laboratorio de Genómica Funcional del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (Unicamp).
El investigador, quien no participó en el trabajo de Embrapa, comenzó a utilizar la tecnología Crispr hace tres años, cuando una estudiante de posdoctorado que él supervisaba, Lucia Mattiello, realizó una pasantía en la Universidad de Florida, bajo la supervisión de Altpeter. Actualmente, Menossi investiga de qué manera la edición génica, entre otras herramientas, puede ayudar en la creación de una variedad de caña de azúcar más resistente a la sequía. “Altpeter consiguió resultados interesantes con la planta, pero la eliminación de transgenes [la edición de genomas sin el empleo de la transgenia] en la caña de azúcar es bastante complicado”, analiza el biólogo de la Unicamp, en referencia a la complejidad genética de la caña de azúcar: la planta posee unos 10.000 millones de pares de bases, tres veces más que el genoma humano.
“El trabajo de Embrapa es un hito de la ciencia brasileña. El hecho de que Molinari ya haya logrado el crecimiento de las plantas en el campo demuestra la viabilidad de la tecnología”, dice la bióloga Adriana Capella, directora de Investigación y Desarrollo del Centro de Tecnologia de Canavieira (CTC). Con sede en el municipio de Piracicaba (São Paulo) y controlado por empresas del sector del azúcar y energía y por el Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social (BNDES), el CTC lanzó al mercado la primera caña de azúcar transgénica del mundo, aprobada en 2017 por la CTNBio (léase en Pesquisa FAPESP, edición nº 258). En la actualidad también invierte en la edición génica a través de la unidad CTC Genomics, inaugurada en 2018 en Saint Louis (EE. UU.). “Estamos validando la tecnología con la incorporación de genes exógenos y ya tenemos plantas ADN-free [editadas sin incorporación de ADN exógeno] en el invernadero”, adelanta la investigadora.
César RomagnaCallos embriogénicos de la caña de azúcar sometidos a la técnica Crispr-Cas9César Romagna
Rápida y económica
La búsqueda de una nueva variedad de planta mejorada genéticamente pero sin adición de genes exógenos se justifica desde el punto de vista económico. El proceso de aprobación de una variedad transgénica por la CTNBio exige una serie de pruebas de bioseguridad que hacen al proceso lento y costoso. Según Molinari, el costo estimado para el desarrollo de una planta transgénica es de unos 130 millones de dólares, y hasta el 60 % del costo final se destina al cumplimiento de las normas para la aprobación de su comercialización.
“Las grandes multinacionales poseen los recursos necesarios como para asumir los costos de la aprobación de un transgénico. Es por ello que el exceso de regulaciones se transforma en una especie de selección natural de las grandes empresas”, critica Menossi. Para Molinari, la edición genómica ha llegado para revolucionar el sector, democratizando el uso de la biotecnología. “Ahora las startups, institutos y universidades pueden ser parte del juego”, declara.
El agrónomo Alexandre Nepomuceno, gerente general de Embrapa Soja, destaca otra ventaja de la técnica Crispr: su sencillez. “Es una tecnología mucho más rápida, más barata y más precisa”. Comenta que se enteró de la novedad en 2011, cuando era el coordinador del laboratorio Virtual de Embrapa en el Exterior (Labex). El investigador realizaba una pasantía en el Plant Gene Expression Center, vinculado a la Universidad de California en Berkeley, en Estados Unidos, donde investigaba Jennifer Doudna.
“Estaba trabajando con la técnica de edición genómica Talen, que en aquella época era la tecnología de punta, en compañía de Molinari”, recuerda Nepomuceno. “Un día, en una pausa para tomar un café, comentamos con algunos investigadores del centro estadounidense que estábamos editando el gen de la soja y ellos nos mencionaron la Crispr, que recién había sido descubierta. Con el uso de esa nueva herramienta conseguimos tan solo en una semana y a un costo de 500 dólares un resultado similar al trabajo de casi cuatro meses y que había costado alrededor de 10.000 dólares”, compara el investigador.
Nepomuceno narra esa historia como ejemplo de la importancia de los viajes de intercambio y de la colaboración con investigadores de otros países para el avance de la ciencia en Brasil. Para Embrapa, las colaboraciones también son fundamentales a la hora de llevar las innovaciones del laboratorio al campo. Actualmente, mientras aguarda por las patentes de las nuevas variedades de caña de azúcar, la institución está abocada a la búsqueda de socios comerciales que estén interesados en sacarlas al mercado.
César RomagnaPlántulas editadas genéticamente por EmbrapaCésar Romagna
En los anaqueles
En el exterior, los alimentos editados genéticamente comienzan a llegar a las góndolas. Según el libro Tecnologia Crispr na edição genómica de plantas – Biotecnologia aplicada à agricultura (Embrapa, 2020), en 2019 se empezó a comercializar en Estados Unidos un aceite de soja con alto contenido oleico elaborado por medio del sistema Talen por la empresa de biotecnología Calyxt.
En septiembre del año pasado, un tomate con cinco veces más ácido gamma-aminobutírico (Gaba) fue el primer alimento editado genéticamente con Crispr que se comercializó en el mundo. Esa variedad de tomate se está vendiendo en Japón. Según la empresa que lo comercializa, Sanatech Seed, sus altos niveles de aminoácido Gaba contribuyen a disminuir la presión arterial y los niveles de estrés.
En Brasil, el primer vegetal editado con Crispr fue una variedad de maíz producida por la empresa Corteva Agriscience, que fue aprobada por la CTNBio como no transgénica en 2018. Se trata de una variedad que produce tan solo un tipo de almidón, la amilopectina, gracias al silenciamiento del gen responsable de la producción de amilosa. Con esa modificación, el alimento es digerido con mayor facilidad por el organismo. Esa variedad todavía no se está comercializando y sigue en fase de investigación.
Desde 2017, Embrapa invierte en la edición genómica de cuatro cultivos: caña de azúcar, soja, maíz y frijol. Una mayor tolerancia a la sequía y resistencia a las plagas, inactivación de factores antinutricionales y mayor durabilidad son algunas de las características que el programa de mejoramiento genético de la institución pretende lograr. “La edición genómica permite una apertura de posibilidades que nunca antes habíamos visto”, dice Molinari. “Los transgénicos tienen un potencial de uso gigantesco, pero en el contexto brasileño, la incorporación de la tecnología Crispr-Cas9 en los programas de mejoramiento genético, ya sea vegetal, animal o con microorganismos, marcará un antes y un después.
Proyecto
Edición del genoma de la caña de azúcar utilizando la técnica de edición genética CRISPR-Cas9 para la mutagénesis específica de la biosíntesis del etileno (nº 17/09817-0); Modalidad Beca posdoctoral; Investigador responsable Marcelo Menossi Teixeira (Unicamp); Beneficiaria Lucia Mattiello; Inversión R$ 235.195,05
Artículo científico
OZ, M.T. et al. Crispr-Cas9-mediated multi-allelic gene targeting in sugarcane confers herbicide tolerance. Frontiers in Genome Editing Journal. v. 3. jul. 2021.
