PARA EMPEZAR A ENTENDERLA BIOTECNOLOGÍA

Jorge Madriz

De acuerdo con lo expresado porel International FoodPolicy Research Institute (IFPRI), se espera que la pobla-ción mundial aumente de 8 a 12 billones de personas desde1995 hasta el año 2020. Cerca del 94% del incremento deesa población ocurrirá en los países en vías de desarrollo.A lo anterior, hay que añadir, que estas naciones presentanuna serie de dificultades socioeconómicas, entre las que sedestaca la enorme deuda externa que en 1995 alcanzaba laurna en conjunto de 460 mil millones de dólares (estado-

unidenses). Lo anterior obliga a los planificadores de políti-cas económicas y técnicos a buscar soluciones para que, enprimera instancia, se favorezca la seguridad alimenticia derales países y posteriormente, se reduzca la enorme deuda

ie desvía recursos que podrían utilizarse para solucionarproblemas sociales en cada uno de ellos.

t: _este contexto, un número significativo de autores~ el uso de la biotecnología en diferentes campos

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de la producción -como la agropecuaria- puede ayudar aresolver el déficit de alimentos que se prevé para el futuro yen consecuencia mejorar la calidad de vida de los habitan'tes de los países en vías de desarrollo.

Este ensayo expone a un público no especialista enbiotecnología, conceptos, definiciones y opiniones de des,tacados investigadores y pensadores en este campo, que in'tentarán informar y formar acerca de un tema en el que noexi:sten artículos de fácil comprensión para la ciudadanía,pero que incide directamente en su vida, en el desarrollo desu entorno y plantea nuevos problemas y responsabilidadesa toda la humanidad.

Para explicar cómo este conjunto de técnicas puedeeventualmente contribuir a la seguridad alimenticia de lospaíses, es necesario comprender qué es la biotecnología,conocer su desarrollo histórico, así como sus aplicacionesy las principales limitantes para su puesta en práctica. Lasdefiniciones sobre biotecnología que a continuación cita,mos son la base teórica de la práctica cotidiana y todas ellascoinciden en que está conformada por un conjunto de téc-nicas, que utilizan seres vivos o partes de ellos para obtenerun producto:

a) Conjunto de técnicas que permiten la utilización deseres vivos, (microorganismos, células vegetales yanimales, etc.) con propósitos industriales y comer,ciales (Ávalos, 1990).

b) Utilización de organismos vivos o partes de organis-mos (levaduras, bacterias, células animales y vegeta'les en cultivo, etc.), para producir o modificar bie-nes (por ej. vino, cerveza, pan, quesos, antibióticos,vacunas), para mejorar especies vegetales o animales(cultivos alimenticios, industriales, ganado, especies

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de alto valor), o para desarrollar microorganismospara fines específicos (p. ej. antipolutantes) (Brenta,1997).

e) La biotecnología es la aplicación controlada y deli-berada de agentes biológicos sencillos, -células vivaso muertas, o componentes celulares- en operacionestécnicamente beneficiosas, bien sea en la fabrica,ción de productos o como operaciones de servicios(Bu'lock y Kristiansen, 1987).

d) Aplicación de organismos, sistemas y procesos bioló-gicos a la producción de bienes y servicios en benefi-cio del hombre (Mateo-Box, 1993).

Los procesos donde se utiliza la biotecnología, no sonde ninguna manera novedosos: Brenta (1997) indica quelas técnicas biotecnológicas más antiguas datan del perío-do Neolítico. Sin embargo, avances recientes registradosen las disciplinas biológicas fundamentales, especialmen-te en la selección y manipulación del material genético,han aportado el elemento base que ha permitido la im-plementación y desarrollo de las "nuevas biotecnologías"-por contraposición a las tradicionales- cuyos principalescampos son las fermentaciones, las reacciones enzimáticasy la ingeniería genética. Así, una de las diferencias entrelas viejas y nuevas biotecnologías radica en el grado en quees posible controlar y dirigir los sistemas biológicos a travésde las nuevas tecnologías, entre las que destacan la recorn-binación del ADN, hibridomas (fusión de un linfocito By una célula cancerosa, que tiene la propiedad de crecerindefinidamente, y que se usa para producir anticuerpos es'pecíficos) y fermentaciones fundamentalmente. Por ejern-plo, la producción de cerveza es una vieja biotecnología,pero si se utilizan levaduras modificadas por recombinaciónde ADN para mejorar el producto o el proceso, estaremos

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en el campo de las nuevas biotecnologías. Lo mismo ocu-rre cuando se emplean técnicas clásicas de mejoramientogenético, (por ejemplo en la producción vegetal o animalprovocando mutaciones heredables por exposición a radia-ciones, por hibridación, etc.) o técnicas nuevas (fusión deprotoplastos, recombinación del ADN, etc.).

Ejemplos de la vieja biotecnología

En 1989, Ward elaboró una excelente reseña histó-rica de la biotecnología, en la que entre otras cosas indicaque esta ha sido utilizada por el hombre desde sus orígenes,apoyándose en varios ejemplos para explicarlo.

Así indica que la fermentación ha sido un arte du-rante muchos siglos ya que, la elaboración del vino se creeque se practicaba al menos 10.000 años a.e., mientras quelos historiadores señalan que los egipcios producían cervezaen los años 5.000-6.000 a.e. dejando germinar la cebadaen vasijas de barro y después estrujándola, amasándola yfinalmente remojándola con agua para obtener la bebida.Además, hacia el año 4.000 a.e. los egipcios utilizaronlas levaduras de la cerveza para la producción de dióxi-do de carbono para el hinchamiento de la masa del pan.En México, los antiguos aztecas recogían algas del géneroSpirulina de estanques alcalinos para el consumo alimenta-rio. Los orígenes de una gran variedad de alimentos y salsasfermentadas procedentes del Oriente y de otras partes delmundo, que actualmente se sabe que están basados en pro-cesos de fermentación, producción de enzimas y degrada-ción de productos por medio de la hidrólisis enzimática, seremontan claramente a muchos miles de años. Asimismo,la producción de alimentos y bebidas modificadas medianteprocesos de fermentación es conocida desde aproximada-mente 10.000 años antes de que se supiera de la existencia

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de microorganismos, siendo también evidente que estastecnologías tradicionales han ido mejorando gradualmen-te. El examen microscópico de los sedimentos de las urnasde cerveza excavadas, que datan del 3.400 al 1.440 a.e. de-muestra claramente que la mayoría de las veces contienenlevaduras, observándose también en los sedimentos más re-cientes, que la pureza de las levaduras utilizadas es mayor.

Los datos acerca de la transformación de la leche enderivados lácteos, como el queso, se remontan al año 5.000a.e. cuando las tribus nómadas que utilizaban los estóma-gos de las terneras como recipientes, observaron que aque-lla se cuajaba por la acción enzimática .

.Otros ejemplos que igualmente ilustran la antigüedaddel uso de la biotecnología son el vinagre, que probable-mente se conoció desde el momento en que se obtuvo vino,aunque los datos más tempranos referidos a este compuestose hallan en el antiguo y nuevo testamento, y la destilacióndel alcohol, ya que las primeras referencias de bebidas ob-tenidas mediante este proceso datan del año 10.000 a.e. enChina.

Desde el punto de vista farmacéutico, los quesos, lacarne y el pan enmohecido se han empleado en la medici-na popular durante miles de años para curar heridas y tratarlas infecciones. Ahora se sabe que los efectos beneficiososde tales tratamientos se debían indudablemente a la activi-dad antibiótica de esos mohos u hongos.

Además, cuando Ward (1989), en la reseña históricaque cito, se refiere específicamente a la tecnología micro-biana, indica que hubo dos elementos que condicionaronel inicio de la era moderna de la fermentación industrial:el empleo tradicional de mohos y levaduras en la modifica-ción de alimentos y bebidas y los estudios microbiológicospioneros de científicos como Pasteur y Koch cuyos estudioscondujeron al desarrollo y utilización industrial de procesos

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de fermentación de superficie o sernisólidos, la obtenciónde proteínas microbianas (proteínas de organismos unice-lulares) y la producción de ácidos orgánicos entre otros.

Tendencias de la nueva biotecnología

La nueva biotecnología o biotecnología moderna, co-rresponde a un conjunto de técnicas, más eficientes que lasanteriores, desarrolladas durante las últimas décadas a partirde avances de la biología celular y molecular así como de laenzimología, pero es especialmente el conjunto de técnicasque se desarrollan a finales de los años setenta -fuertemen-te basadas en los descubrimientos de la genética moleculary de la inmunología- el que origina la denominada nuevabiotecnología. Esta última tiene que ver, fundamentalmen-te, con la recombinación del ADN y la fusión celular, y haprogresado aceleradamente en los últimos años, amplian-do en forma notable su campo de aplicaciones (Ávalos1990).

Este mismo autor, indica que la nueva biotecnología,junto con la informática y la robótica, constituye la terceragran revolución del siglo XX -y probablemente de buenaparte del siglo XXI-, y que todas ellas tienen en común unafuerte base científica y una gran aplicación tecnológica.

La nueva biotecnología comenzó de manera especí-fica, con la manipulación de células mediante técnicas deácido desoxirribonucleico recombinante (ADNr). Las tec-nologías básicas que lo conforman pueden ser clasificadasalrededor de los siguientes grupos:

• Técnicas para el cultivo de células y tejidos.• Procesos biotecnológicos, fundamentalmente de fer-

mentación, que incluyen las técnicas de inmoviliza-ción de enzimas.

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• Técnicas que aplican la microbiología a la seleccióny el cultivo de células y microorganismos.

• Técnicas para la manipulación, modificación y trans-ferencia de material genético entre individuos de es-pecies distintas (ingeniería genética).

Aún cuando las tres primeras se complementan entresí, hay una diferencia fundamental entre estas y la cuarta;aquellas se basan en el conocimiento de las característicasy el comportamiento de los seres vivos y su uso para lograrciertos objetivos industriales; el último grupo (muchas ve-ces se cree que solo esto es biotecnología) implica no soloel conocimiento, sino la capacidad de manipular los rasgosy el modo de funcionamiento de los organismos, tambiéncon propósitos industriales.

Cuando se refiere al campo de la aplicación de la bio-tecnología, Ávalos (1990) indica que es muy variado y queen lo que concierne a la agricultura, las nuevas biotécnicaspermitirán -en particular a través de la manipulación ge-nética y del cultivo de tejidos-, generar variedades de altorendimiento pero con un consumo mínimo de agroquími-cos, y sustituir el patrón tecno-productivo de la "revolu-ción verde", que estaba basado en el uso intensivo de losfertilizantes y de bíocidas, muchas veces contaminantes delentorno rural.

Del conjunto de los cuatro grupos de técnicas queconforman la nueva biotecnología mencionadas anterior-mente, las tres primeras tienen una amplia aplicación en laagroindustria (recombinación, fermentación e ingenieríaenzirnática}, y la cuarta (el cultivo de células y tej idos parala selección, mejoramiento y reproducción de plantas enel laboratorio), de gran importancia en la agricultura, ypor tanto en el circuito agroalimentario y en la produc-ción de materias primas adaptadas a las necesidades de la

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agroindustria. Un buen ejemplo de esto lo constituye lanecesidad que tiene la industria procesadora de tomatesde trabajar con una materia prima con bajo contenido enagua, ya que esto aumenta su rendimiento y disminuyenlos costos del procesamiento. Esro ha llevado. a las pro'cesadoras de tomates, a promover la investigación, paraobtener, utilizando la recombinación génica y el cultivode tejidos, variedades de tomate con bajo contenido deagua.

Algunas técnicas ubicadas dentro del cuarto grupocuya aplicación tienen una mayor posibilidad de éxito enlos países en vías de desarrollo son: el mejoramiento delos métodos de diagnóstico de patógenos en la agricultu-ra, el control biológico contra plagas y enfermedades, laproducción de plantas resistentes a los virus, la producciónde vacunas para animales, el mejoramiento genético portrasplante de embriones y el mapeo genético de plantas yanimales dentro de programas de mejoramiento.

Según Sittenfeld et al. (1991), en Costa Rica, losmayores esfuerzos de investigación y desarrollo en biotec-nología deben dirigirse hacia los sectores agropecuario,agroindustrial y de salud. En el sector agrícola, las bio-tecnologías más promisorias son: la multiplicación y re'generación de especies vegetales por medio del cultivo invitro, el desarrollo a gran escala de metodologías para ,eldiagnóstico de enfermedades y la consecuente producciónde variedades libres de-ellas. Posteriormente, mediante laingeniería genética, se podrá llegar a la producción deplantas resistentes o tolerantes a los virus. Otros aspectosimportantes son la propagación in vitro de especies fores-tales dentro de programas de reforestación, el desarrollode métodos para el control de fitopatógenos mediante elempleo de microorganismos y productos biológicos y la

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optimización de la fijación biológica de nitrógeno atmos-férico.

El autor mencionado indica, además, que un campoimportante de desarrollo biotecnológico para el sector agrí-cola será la caracterización y estimación de la variabilidadgenética existente en el germoplasma, tanto mediante losmétodos tradicionales de marcadores de isoenzimas, comolos más recientes que evalúan el polimorfismo de segrnen-tos de ADN. Además de los métodos de caracterización sedeben establecer los bancos de germoplasma respectivos,así como la identificación y enumeración de la diversidadbiológica vegetal, dentro de una estrategia de aprovecha,miento de la misma, para la generación de nuevas varieda-des de interés agrícola.

Los ámbitos de aplicación biotecnológica más impor-tantes en el campo pecuario son el desarrollo de métodosde diagnóstico, prevención y control de enfermedades, labúsqueda de nuevas alternativas de bajo costo para mejorarla nutrición animal, la promoción del crecimiento y el me,joramiento genético animal por medio del transplante deembriones.

Sin embargo, a largo plazo los proyectos que po-drían ser más promisorios son los relacionados con la uti-lización de la biodiversidad y su respectiva informacióngenética, condición en la cual Costa Rica posee ventajasgeográficas.

Ética en Biotecnología

Existe un debate en cuanto al rumbo que ha toma'do la biotecnología en los países subdesarrollados; algu-nos autores como Goldstein (1989), señalan que nuestrospaíses deben dedicarse a la biotecnología vegetal, porque,

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principalmente, sus economías son agroexportadoras yañade que "a los planificadores de nuestro desarrollo lesinteresa sobre todo que aprendamos bien las técnicas demicropropagación y que las apliquemos para mantenerbuenos bancos genéticos, es decir, que sepamos cuidarbien nuestras reservas útiles, ya que la información gené-tica es un patrimonio de la humanidad toda, y aquellosque tienen la infinita suerte de residir en regiones dondese encuentran los principales reservorios de genes poten-cialmente útiles del mundo (la mayor variedad de anima-les, plantas, hongos, virus, bacterias) deben ser capaces deconservarlos para que toda la humanidad pueda utilizarloslibremente" .

De acuerdo con ese autor, los países subdesarrolladostienen el compromiso moral de dedicar sus esfuerzos inte-lectuales y sus recursos financieros a cuidar y conservar elgermoplasma, que a su vez debe ser entregado gmtuitamentea cualquiera que lo desee. Por otra parte, los países desarro-llados tienen el derecho inalienable de tomar la informa-ción genética que deseen, reempaquetarla y vendérnoslabien cara en forma de semillas y agentes farmacológicos,junto con toda la parafernalia agregada de la agroindustria.Es decir, nosotros micropropagamos y ellos modifican lasplantas a voluntad. Nosotros conservamos el germoplasmay ellos toman los genes que les convienen y 'los mezclan avoluntad.

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Para recalcar lo anterior, Goldstein presenta el siguientecuadro:

. América Latina Primer Mundo

Hace plantitas Estudia la fisiología, labioquímica, la genéticamolecular y la patologíamolecular de las plantasde interés comercial.

Conserva germoplasma Aísla y clona los genesque codifican proteínasde interés para las indus-trias agroquímicas, far-macéuticas y alimenta,rias. Caracteriza las mo-léculas responsables deacciones farmacológicasde interés y establece lassendas biosintéticas.

Exporta materiales sin procesar Exporta semillas y plan,tas o con mínimo valoragregado patentadas,quimeras genéticas pa-tentadas y productos dealto valor agregado, enmuchos casos derivadosde germoplasma latino,americano.

Fuente: Goldstein, D. J. 1989. Biotecnología, Universidad y Política. SigloVeintiuno Editores. México. 257 pp.

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Independientemente del criterio de los especialis-tas, es indudable que el uso racional de la tecnología, y eneste caso, de la biotecnología, debe ser principalmente enbeneficio del ser humano y ambientalmente apropiable, 10cual significa, según Izquierdo et al., (1995) que las "he-rramientas biotecnológicas que contribuyen al desarrollosostenible al ser técnicamente factibles dentro del nivel dedesarrollo tecnológico de un país; al promover beneficiostangibles a los destinatarios y ser ambientalmente seguras,y socioeconómicamente y cultura1mente aceptab1es ...".

Así también el expresidente Jimmy Carter dijo enun discurso: "La biotecnología responsable no es el enerni-gOjel hambre sí 10es. Sin fuentes de alimentos adecuadas ya precios asequibles, no podemos esperar que haya salud ypaz en el mundo".

Glosario

ADN (ácido desoxirribonucleico): Larga cadena de mo-léculas presente en la mayoría de las células, que lleva elmensaje genético y controla todas las funciones celulares.ADNr: ADN producto de la combinación de ADN de dí-ferentes fuentes.Anticuerpos: Proteína inmunológica, producida por cier-to grupo de células blancas del sistema inmune, como res-puesta del organismo al contacto con una sustancia extraña(antígeno) al cuerpo.Biocida: Sustancia que es capaz de acabar o disminuir unaforma de vida en particular.Diversidad genética: Variación genética dentro y entre po-b1aciones, que es creada, mejorada o mantenida por fuerzasevolutivas.Embrión: Organismo inmaduro en sus primeros estados dedesarrollo.

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Enzima: Proteína producida por las células vivas, que, aúnen bajas concentraciones, cataliza reacciones químicas es-pecíficas, pero no son usadas en esas reacciones.Fermentación: Degradación por microorganismos de sus-tancias complejas como carbohidratos en condicionesanaeróbicas.Germoplasma: Material genético que forma la base físicade la herencia y que se trasmite de una generación a otra.Híbrido: Cruce resultante de dos individuos genéticamen-te diferentes.Hibridación: Entrecruzamiento de especies, razas o varie-dades entre ellas mismas. Proceso de formación de un híbri-do por polinización cruzada en plantas o por apareamientode animales de diferentes tipos.Hibridoma: Célula híbrida, derivada de un linfocito B(productor de anticuerpos) y una célula tumoral, que creceindefinidamente en un medio de cultivo.Hidrólisis: Reacción en que una molécula de agua se agre-ga a un sitio de corte para dar dos productos.Ingeniería genética: Cambios en la constitución genéticade las células, como producto de la introduc.ción o elimi-nación de genes específicos usando técnicas modernas debiología molecular.Isoenzimas: Variante de una enzim~ particular, tiene lamisma función y algunas veces la misma actividad, perodifiere en su secuencia de aminoácidos.In vitro (en vidrio): viviendo en tubos de ensayo, fuera delorganismo o en un ambiente artificial.Levaduras: Hongo Ascomiceto unicelular, comúnmenteencontrado como contaminante en cultivo de tejidos ve-getales.Linfocito: Clase general de células blancas de la sangre,que son componentes importantes del sistema inmune delos vertebrados.

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Mapas genéticos: Arreglo lineal de los genes sobre un ero'mosoma o su localización física.Mutación: Cambio heredable natural o inducido, como re'sultado del cambio en la estructura de un gene, un cromo'soma o en el número de los cromosomas.Polimorfismo: La ocurrencia de dos o más alelos de un lo,cus en una población.Propagación clonal: Propagación asexual de muchas nue-vas plantas a partir de un solo individuo.Proteína: Macromolécula compuesta de una a varios poli,péptidos. Cada polipéptido consiste de una cadena de ami,noácidos unidos entre sí por enlaces covalentes.Protoplastos: Célula bacterial o vegetal en la cual la paredcelular ha sido removida química o enzimáticamente.Recombinación: Proceso de entrecruzamiento entre ero'mátidas hermanas que ocurre durante la meiosis.Variabilidad: Diferencias entre individuos entre una po-blación o entre poblaciones.

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