Plantas transgénicas para optimizar los insumos agrícolas

Luego de desarrollar un sistema de fertilización y control de malezas basado en plantas transgénicas, Damar López Arredondo no solo obtuvo su doctorado en biotecnología en plantas en el año 2012 por parte del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), sino también se convirtió en empresaria.

Su investigación fue la base para la creación de Stelagenomics, empresa de la que actualmente es directora de investigación y que cofundó junto con su mentor y ahora socio, el doctor Luis Herrera Estrella, especialista en el estudio de la regulación génica en plantas y en el desarrollo de métodos de transferencia de genes en dicho centro.

El sistema desarrollado por López Arredondo busca disminuir el consumo de fertilizantes y de herbicidas empleados en la intensiva agricultura moderna y, de esta manera, los costos de producción, así como los impactos negativos que dichas sustancias tienen en el ambiente.

Inicialmente experimentó con Arabidopsis, una planta ampliamente utilizada como modelo en la investigación científica, y después con la planta de tabaco, pero la tecnología ya se está implementando en cultivos de importancia agrícola.

Lo que nos interesa no es solamente verlo aplicado en plantas modelo, sino implementarlo en cultivos que son importantes. En México, nuestra empresa se está enfocando en maíz y soya. En el caso del maíz ya estamos haciendo pruebas en condiciones de invernadero y, de acuerdo con los avances, entre principios y mediados del próximo año empezaríamos la fase de experimentos piloto en campo. En el caso de la soya seguimos haciendo pruebas de laboratorio, y probablemente empezaremos las pruebas en invernadero dentro de algunos meses, comentó.

Para no quedarnos restringidos a estos dos cultivos, agregó, también tenemos colaboraciones científicas con otros institutos y universidades extranjeras, de Estados Unidos y de África por mencionar algunos, para implementar la tecnología en cultivos básicos, tales como yuca, plátano, arroz, algodón y trigo.

Plantas más eficientes

Para sostener los poco más de 13 mil millones de hectáreas de cultivos que hay repartidos en el mundo (aproximadamente el 11% de la superficie terrestre), el sistema de producción de alimentos implica grandes cantidades de nutrientes en forma de fertilizantes.

Uno de los nutrientes más importantes es el fósforo, el cual es básico para el crecimiento de las plantas y que utilizan únicamente en forma de fosfatos. De acuerdo con reportes de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés) en el año 2012 se emplearon poco más de 41 millones de toneladas de fertilizantes basados en fosfato, cifra que crecerá a una tasa del 2% en los próximos años.

El problema es que las plantas no logran aprovechar más del 30% de esa cantidad de fertilizante por varias razones: el fosfato reacciona fácilmente con los componentes del suelo y se fija en él, las bacterias presentes lo convierten rápidamente en formas orgánicas que no son tan disponibles para las plantas y la maleza compite con el cultivo por utilizar el nutriente.

La estrategia que desarrolló la investigadora en su tesis de doctorado para atacar estos problemas, consistió en diseñar plantas que utilicen una fuente de fósforo diferente al fosfato. Lo que hizo fue tomar el gen de una bacteria capaz de transformar el fosfito (otra forma química diferente en la que se encuentra el fósforo) en fosfato e insertarlo en el material genético de la planta de interés.

De esta manera, se le provee a la planta genéticamente modificada una ventaja competitiva, y cuando se le aplica un fertilizante elaborado con fosfito tiene un mejor desarrollo y no tiene problemas de competencia, pues el fosfito reacciona en menor medida con los minerales del suelo, así como con los microorganismos y las malezas que no lo pueden utilizar; por lo tanto, queda disponible casi en su totalidad para las plantas transgénicas capaces de metabolizar el fosfito.

De acuerdo con sus resultados, en condiciones de invernadero, este tipo de plantas requieren entre 30% y 50% menos cantidad de fósforo cuando se les fertiliza con fosfito para lograr una productividad similar a la obtenida por plantas que usan fosfato. Por otro lado, cuando se les pone a competir con yerbas (malezas), las plantas transgénicas sobrecrecen a las yerbas y acumulan entre dos y diez veces más biomasa que cuando se les agrega fertilizante con fosfato, es decir, crecen y se desarrollan mejor que sus rivales.

Esta tecnología ayudaría a resolver dos grandes problemas de la agricultura moderna: el uso intensivo de insumos y la contaminación de los ecosistemas, pues ahorra fertilizante fosforado, lo que a su vez reduce el costo de producción, y reduce o elimina la necesidad de aplicar herbicidas para controlar el crecimiento de las malezas. Por sus beneficios potenciales, es que esta tecnología ya está protegida con algunas patentes.

Finalmente, Damar López comentó que este sistema basado en el fosfito también tiene otras aplicaciones, como la de actuar como marcador de selección en transformaciones genéticas en el laboratorio y el invernadero. Lo común es que se utilicen algunos antibióticos y herbicidas para identificar los organismos que han sido modificados genéticamente, pero estos compuestos tienen las desventajas de ser sensibles al calor y a la luz y de ser costosos, por lo cual se debe tener cuidado de lograr resultados confiables.

Con el sistema del fosfito es suficiente con crecer a los organismos que se quieren identificar en un medio que solo tenga este nutriente como fuente de fósforo, pues solo los que tengan el gen que lo metaboliza podrán crecer. A la fecha, ya hay grupos de investigación utilizando esta herramienta en diferentes organismos, indicó la joven científica.

Por su relevancia, el trabajo de la joven investigadora recibió el Premio Weizmann 2013 por mejor tesis de doctorado en el área de ingeniería y tecnología que otorga la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) y la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann de Ciencias, el cual recibirá el próximo 26 de junio durante la ceremonia de Inicio del 55 Año Académico de la AMC.

Al respecto, López Arredondo dijo sentirse muy honrada y agradecida por esta distinción a su trabajo de tesis de doctorado, y expresó que este reconocimiento representa un compromiso y un gran estímulo para continuar trabajando y haciendo investigación.