PROGRAMA NACIONAL DE CTI EN BIOTECNOLOGÍA PARA LA SEGURIDAD ALIMENTARIA Y NUTRICIÓN, LA VALORIZACIÓN DE LA BIODIVERSIDAD Y LA SALUD HUMANA

Transcripción

1 Decenio de las Personas con Discapacidad en el Perú Año Internacional de la Quinua Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria PROGRAMA NACIONAL DE CTI EN BIOTECNOLOGÍA PARA LA SEGURIDAD ALIMENTARIA Y NUTRICIÓN, LA VALORIZACIÓN DE LA BIODIVERSIDAD Y LA SALUD HUMANA LÍNEAS DE ACCIÓN PRIORITARIAS La Molina, Junio del

2 INDICE I. Introducción 3 II. Aspectos Generales El concepto de biotecnología y sus aplicaciones La genómica y las disciplinas denominadas ómicas 5 III. Diagnóstico e Identificación de los Problemas Biodiversidad y producción de alimentos Mejoramiento de la salud Capacidad instalada y formación de recursos humanos 9 IV. Objetivos 11 V. Líneas de Acción Prioritarias Seguridad Alimentaria y Nutrición Valorización de la Biodiversidad Salud 12 2

3 PROGRAMA NACIONAL DE CTI EN BIOTECNOLOGÍA PARA LA SEGURIDAD ALIMENTARIA Y NUTRICIÓN, LA VALORIZACIÓN DE LA BIODIVERSIDAD Y LA SALUD LÍNEAS DE ACCIÓN PRIORITARIAS I. INTRODUCCIÓN El crecimiento económico del Perú experimentado en los últimos años ha estado basado en un incremento de las exportaciones primarias, pero las posibilidades de sostener este ritmo son cada vez menores a mediano y largo plazo, a menos que se tome una decisión de estado y ejecute una política muy seria y acelerada de promoción de la biotecnología que permita en el corto plazo realizar innovaciones y desarrollos tecnológicos basados en los recursos genéticos de nuestra biodiversidad. El Perú es el país con mayor número de variedades de papa, de ají, de maíz, de granos, tubérculos y raíces andinos, pero a pesar de ello existen serios problemas de acceso a estos productos nativos de alto valor nutricional que pueden con la biotecnología convertirse en herramientas para la seguridad alimentaria de las poblaciones necesitadas. Igualmente importante es la aplicación de la biotecnología en la salud, principalmente en el estudio, caracterización y tratamiento de las enfermedades a través de los avances en diagnóstico molecular, genómica y derivados, células madres, proteínas recombinantes, entre otros. En este aspecto, la biotecnología es probablemente la única alternativa tecnológica para lograr la valorización de la biodiversidad y una competitividad aceptable de nuestra agro-exportación, dentro del contexto global, así como para lograr una mayor seguridad alimentaria y mejor control de las enfermedades de mayor impacto en la sociedad. II. ASPECTOS GENERALES Dentro del Plan Nacional Estratégico de Ciencia, Tecnología Innovación para la Competitividad y el Desarrollo Humano PNCTI , el CONCYTEC ha priorizado el Programa Nacional de CTI en Biotecnología para la Seguridad Alimentaria y la Nutrición, la Valoración de la Biodiversidad y la Salud. Éste es uno de los cinco Programas Nacionales Transversales de CTI seleccionados para ejecutarse entre 2013 a Sin embargo, para fines de difusión en adelante se usará la denominación abreviada: Programa Nacional de CTI en Biotecnología

4 Los objetivos, líneas y proyectos prioritarios han sido propuestos y consensuados en tres talleres regionales de discusión realizados en Tarapoto, Puno y Chiclayo en la primera quincena de diciembre de 2012, y enriquecidos con los aportes, sugerencias y valoración de propuestas recibidos en el taller nacional realizado en Lima el 5 de marzo de 2013, con participación de la academia, la empresa y el sector público. Durante el mes de abril de 2013 se realizó una consulta pública a través de la web institucional, habiéndose incorporado los aportes nuevos a las líneas de acción prioritaria en biotecnología. Habiéndose concluido el proceso de consulta, se hace necesaria la aprobación del Programa Nacional de CTI en Biotecnología con las líneas de acción prioritarias acordadas al término del proceso de consulta El concepto de biotecnología y sus aplicaciones En 1984, el Office of Technology Assessment (OTA) del Congreso Norteamericano definió a la biotecnología como cualquier técnica o conjunto de técnicas que utilizan organismos vivos o sus partes para obtener o modificar productos, para mejorar plantas o animales, o para desarrollar microorganismos con usos específicos. El Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB), firmada por 168 estados, define la biotecnología como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos. Esta última definición ha sido igualmente adoptada por la Organización de las Naciones Unidas para alimentos y la agricultura (FAO) y la Organización Mundial de la Salud (OMS). Por el desarrollo sin precedentes de las ciencias básicas y las ciencias biológicas en particular, la biotecnología contemporánea es extremadamente rica en su oferta de posibilidades productivas conjuntamente con las relacionadas con la introducción de genes foráneos en plantas, animales y microorganismos. La biotecnología es una actividad multidisciplinaria donde participan algunos aspectos de la biología, de la química y de la ingeniería de sistemas y de procesos, ofreciendo soluciones económicas en todos los sectores, teniendo por tanto una importancia estratégica para el desarrollo nacional. Su aplicación en nuestro país está relacionada con cinco de los siete sectores productivos prioritarios seleccionados en el PNCTI (Agropecuario y Agroindustrial, Pesca y Acuicultura, Minería y Metalurgia, Forestal, Energía) y tres de los cuatro sectores sociales prioritarios (Salud, Educación, y Vivienda y Saneamiento). Asimismo, en las Acciones Estratégicas del Objetivo Específico 4 del Plan Bicentenario, se indica que es necesario establecer prioridades para las investigaciones según campos científicos de acuerdo con las necesidades del país, y destinar financiamiento público para proyectos en los temas de mayor prioridad. En el sector agrario y agroindustrial, es posible el mejoramiento genético de los cultivos, aplicar el cultivo de tejidos para la producción de semillas y plantones libres 4

5 de virus por micropropagación de variedades mejoradas e individuos superiores, y su protección fitosanitaria, la adaptación de cultivos al estrés abiótico (tolerancia a la aridez, salinidad, bajas temperaturas), la mejora de la calidad de los alimentos y la caracterización y valorización alimentaria e industrial de la biodiversidad nativa. En el sector pesca y acuicultura, la biotecnología permite el mejoramiento genético, la sanidad y la reproducción de las especies hidrobiológicas, así como la caracterización, conservación y mejora del pool genético de las especies nativas promisorias. En el sector forestal, es posible aplicar el cultivo de tejidos para la producción de semillas y plantones libres de virus por micropropagación de variedades mejoradas e individuos superiores, caracterizar a nivel molecular las diversas variedades de especies forestales con fines de conservación y uso sostenible, y la mejora de la calidad de la madera. En el sector minero-metalúrgico, la biotecnología permite desarrollar tecnologías limpias de lixiviación bacteriana (biolixiviación) para recuperar metales (cobre, oro, etc.), así como para descontaminar pasivos mineros y limpiar metales pesados en suelos contaminados (biorremediación). En el sector de la energía, puede obtenerse combustibles líquidos (bioetanol y biodiesel), gaseosos (gas pobre, biogás) y sólidos (carbón vegetal, pellets y briquetas de residuos leñosos) para diversas aplicaciones rurales, industriales y urbanas, a partir de la conversión biológica, química y térmica de las plantas, árboles y residuos orgánicos. Asimismo, por medio de la acción enzimática de bacterias puede facilitarse la recuperación secundaria y terciaria de petróleo y gas natural, así como recuperar suelos y cuerpos de agua contaminados (biorremediación). En el sector salud humana, las ciencias de la vida y las biotecnologías permiten el desarrollo de kits de diagnóstico y vacunas para enfermedades tropicales y endémicas, los xenotransplantes, la clonación de tejidos, la terapia génica, la producción de fármacos a partir de plantas medicinales nativas, y la producción de medicamentos biológicos por medio de bacterias y otros organismos vivos, entre otras aplicaciones. En los sectores vivienda y medio ambiente, la biotecnología permite desarrollar y aplicar tecnologías de biotratamiento de residuos urbanos e industriales, así como de biotratamiento y biorremediación para la gestión sostenible de residuos minero-metalúrgicos La genómica y las disciplinas denominadas ómicas 1 El advenimiento a finales de los 1980s de la genómica ha permitido no sólo ahondar en el conocimiento de la expresión génica sino también desarrollar nuevas herramientas biotecnológicas. Actualmente, la genómica se divide en estructural y 1 Se conoce como disciplinas ómicas a la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica. 5

6 funcional. La genómica estructural comprende el mapeo, secuenciamiento y anotación de genomas, reforzada con nuevas técnicas llamadas de la siguiente generación ( next generation ). La genómica funcional consiste en el desarrollo y aplicación de estrategias experimentales para el estudio global de la función de los genes, asistida por la bioinformática. El análisis global incluye el estudio de interacción de los productos de expresión génica, a través de la transcriptómica (expresión diferencial y regulación global de genes), proteómica (estructura y función, niveles de expresión e interacciones de proteínas), metabolómica (parámetros cinéticos, flujos y redes metabólicas y modelamiento del metabolismo). Como consecuencia se han desarrollado las investigaciones en el genoma humano y los genomas de prácticamente todas las especies de importancia desde virus y bacterias hasta plantas y animales. Es posible dilucidar cómo se expresan diferencialmente los genes dentro de las células en circunstancias específicas (dependiendo del tejido, de respuesta al entorno, defensa, estrés, desarrollo, etc.) en el análisis transcriptómico. En el mismo sentido la metabolómica está cobrando importancia en el estudio de enfermedades que afectan los diferentes sistemas del organismo. Otra área importante y muy desarrollada en Salud es el uso de las células madre, tecnología promisoria que permitiría corregir y reemplazar las células perdidas en procesos y enfermedades degenerativos que abarcan dolencias tan disímiles como diabetes, hipertensión, insuficiencias renales, cardiacas, hepáticas, pulmonares, enfermedad de Alzheimer, Parkinson, etc. Técnicas derivadas también se usan para combatir la infertilidad. La disciplina de la organogénesis se basa en el uso de células pluripotentes a veces acompañadas de polímeros y nanochips para restablecer funciones perdidas en algunas enfermedades, no necesariamente con la misma forma del órgano natural, pero con la actividad requerida. Ello va a aliviar en gran parte la carencia de donantes de órganos. Ya se está usando piel artificial de células cultivadas en laboratorio y que favorecen la regeneración más rápida que el transplante de piel. Igualmente se han reconocido las variantes que hacen que un individuo sea diferente a otro. Así en poco tiempo se han descubierto en humanos muchos genes cuyas mutaciones causan o protegen de enfermedades. Por otro lado en patógenos también se han descubierto genes de vías metabólicas y variantes que confieren resistencia a estos organismos, facilitando el desarrollo de estrategias conociendo las armas y puntos débiles de los enemigos. Estas técnicas también permiten la modificación in vitro de la información genética para obtener un producto deseable y ha llevado al conjunto de técnicas llamadas ingeniería genética. Como productos emblemáticos de esos avances tenemos la elucidación de la secuencias del genoma humano y de cientos de especies que incluyen virus, bacterias, hongos, plantas y animales. Actualmente, la comparación de genomas de individuos de distintos fenotipos permite detectar las variantes de genes con características requeridas, y cuál individuo 6

7 humano tiene predisposición a enfermedades o cuál patógeno tiene genes de resistencia a antibióticos. Las disciplinas genómicas (u ómicas ) han permitido el desarrollo de dos poderosas herramientas biotecnológicas llamadas ingeniería metabólica y evolución dirigida, cuya utilización ya está dando lugar a una nueva generación de organismos transgénicos. La ingeniería metabólica es el mejoramiento de las actividades celulares mediante la manipulación de las funciones enzimáticas, de transporte y regulatorias, utilizando la genómica funcional y la manipulación específica de genes. La ingeniería metabólica constituye una poderosa tecnología dirigida hacia el diseño inteligente de nuevas vías metabólicas, sistemas celulares e incluso fenotipos a través del uso de la tecnología de ADN recombinante y difiere de otras estrategias de ingeniería celular en su enfoque sistémico dirigido a la identificación y entendimiento de las mayores redes metabólicas en la célula. Convencionalmente, el primer paso la modificación racional de una vía metabólica requiere la identificación de la reacción limitante en la vía metabólica de interés basada en el flujo de carbono. En este sentido, la biotecnología está en la primera línea del conocimiento y se nutre de grupos académicos y empresariales de alta capacitación científica y técnica. El carácter horizontal y multidisciplinar de la biotecnología la convierte en un motor de innovación que permea a amplios sectores como el farmacéutico, veterinario, cosmético, agroalimentario, bioprocesos, medioambiental, energético, químico, nuevos materiales, instrumentación y robótica. Finalmente, los proyectos auspiciados por el Programa Nacional de CTI en Biotecnología deberán caracterizarse por tener como objetivo último la resolución de un problema ó la transferencia de tecnología al sector industrial mediante la utilización de técnicas ligadas a la biotecnología, teniendo como uno de sus elementos diferenciadores la estrecha relación entre la generación de conocimiento científico y técnico y su aplicación. Asimismo, se espera que la información derivada de la genómica, la proteómica y la bioinformática esté presente en una gran parte de los proyectos de este Programa. III. DIAGNÓSTICO E IDENTIFICACIÓN DE LOS PROBLEMAS El desarrollo de la industria biotecnológica en el Perú, se encuentra en un estado incipiente. Las empresas peruanas en algunos rubros, a pesar de importantes logros en producción y tamaño con tecnología convencional, aun no aplican biotecnologías avanzadas para lograr mejorar su competitividad. Empresas pequeñas en el campo de la salud humana están empezando a producir kits de diagnostico para la detección de algunos patógenos, con elevada tecnología, pero a menor escala. Las técnicas convencionales incluyen cultivo de tejidos, marcadores moleculares y pruebas de 7

8 diagnóstico. En cambio las técnicas modernas incluyen técnicas de ADN recombinante, transformación génica y las omicas Biodiversidad y producción de alimentos El Perú es un país megadiverso. Su biodiversidad constituye una de sus mayores riquezas y es la fuente para el desarrollo de una industria competitiva. El mayor valor económico de la biodiversidad está en los genes. A manera de ejemplo sobre el potencial económico basado en los genes de la biodiversidad peruana conocida hasta el momento, se ha calculado la existencia de 283 millones de genes. Desde la concepción bioeconómica la valoración de la biodiversidad implica la incorporación de todos los niveles de organización en que ésta se subdivide, más allá de lo que la economía de recursos naturales y la economía ambiental toman en cuenta. Es decir, no sólo se debe valorar los servicios ecológicos sino también la misma base de la biodiversidad: los genes. Por otro lado, la desnutrición infantil y la deficiencia de micro nutrientes siguen siendo los principales problemas de nutrición. En niños menores de 5 años la desnutrición crónica es del 25%, el 50% padece de anemia y el 11% manifiesta deficiencia subclínica de vitamina A. La anemia por deficiencia de hierro es un daño nutricional ampliamente distribuido a nivel nacional que afecta a la población de diferentes estratos socioeconómicos, así los daños por anemia comprometen la salud y nutrición de cerca de 800 mil niños menores de 24 meses, 380 mil gestantes y 2 millones de mujeres en edad fértil. La desnutrición crónica compromete a cerca de 700 mil niños menores de 5 años y está asociada a la pobreza y extrema pobreza. Las aplicaciones biotecnológicas se pueden convertir en herramientas para potenciar el uso de los recursos de la biodiversidad y afrontar los retos de la seguridad alimentaria. Así, en general, se evidencia una alta congruencia en la importancia de los cultivos y sus aplicaciones, como es el caso de las tuberosas (25%) seguido de microorganismos (15%) y frutales y especies forestales (12%). La mayor cantidad de temas de investigación está en el campo de la biotecnología convencional de plantas y los temas predominantes son la aplicación de la micropropagación, el cultivo de tejidos, organogénesis, embriogénesis somática, recuperación de embriones y la marcación molecular, sin embargo, en biotecnología de punta como la ingeniería genética, hay investigaciones limitadas que es necesario promover. En el campo de la biotecnología convencional de animales, son pocos los laboratorios que tienen la infraestructura para la fertilización in vitro y la transferencia de embriones, presentando deficiencias de capacitación. La genotipificación molecular en peces, alpacas, vicuñas y guanacos se realiza en pocos laboratorios, algunos de ellos con infraestructura y personal capacitado para enfrentar temas de ingeniería genética y genómica, incluyendo bioinformática. 8

9 El campo de la biotecnología agroindustrial parece ser el de menor desarrollo, pues son pocos los laboratorios que aplican tecnologías de punta. Aquellos que se iniciaron en la investigación en microbiología industrial han cambiado hacia microbiología ambiental (mayormente a minera) y eventualmente tocan algunos aspectos de microorganismos entomopatógenos y fijadores de nitrógeno Mejoramiento de la salud Hay una urgente necesidad por pruebas rápidas de diagnóstico de las enfermedades infecciosas y muchas entidades a nivel mundial interesadas en que desarrollen estas estrategias. A nivel global, en el ser humano se están caracterizando los genes para la protección contra patógenos, así como las variantes que predisponen a enfermedades infecciosas, al mismo tiempo que se están caracterizando las variantes de patógenos que resultan más o menos severos en su infección o su resistencia a los medicamentos dependiendo de su bagaje genético. En el país hay esfuerzos aislados de trabajos en biotecnología dirigida a salud liderados especialmente por el Instituto Nacional de Salud, dependencia del Ministerio de Salud, que se dedica a la investigación de los problemas prioritarios de salud y de desarrollo tecnológico para su diagnóstico y tratamiento. El Centro Nacional de Salud Pública, equipado con aparatos modernos y profesionales especializados, ha desarrollado programas entre los que destacan los de análisis de genotipificación de patógenos y el de estudio en virus del tracto respiratorio. Dentro del ámbito hospitalario hay poco avance, quizás el Laboratorio de Genética del Instituto Nacional del Cáncer sea el mejor equipado para el diagnóstico de enfermedades, y dentro del ámbito privado hay varias entidades que ofrecen servicios de diagnóstico molecular, algunas de desarrollo local y otras tercerizando los análisis en el extranjero, denotando una demanda insatisfecha en el mercado de la salud para estos diagnósticos. En el ámbito académico la Universidad Peruana Cayetano Heredia es indudablemente líder en la investigación básica y aplicada en salud con varios institutos de investigación y escuelas académicas orientadas a estudios relacionados con la salud y usuarios de biotecnología. Igualmente, la Universidad Nacional Mayor de San Marcos cuenta también con institutos que utilizan métodos de diagnóstico molecular, así como la Universidad de San Martín de Porres, que cuenta con laboratorios de medicina tradicional, farmacología, bioquímica, genética y biología molecular. En provincias destacan la Universidad Nacional de San Agustín, La Universidad Nacional de Trujillo y la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo Capacidad instalada y formación de recursos humanos 9

10 En el 2004, en el Perú existían 15 doctores en biotecnología y áreas relacionadas. Desde esa fecha hasta el 2010, se estima que fluctuaron entre 66 y 180, cantidad insuficiente en términos de capacidades en comparación con otros países de América Latina, siendo el ratio peruano de investigador en biotecnología por millón de habitantes de 6.64, menor que el de México (7.84) y Brasil (37.17). A su vez, otro ratio que expresa una limitada capacidad científica es la inversión media por investigador, así el BID (2009) encontró que el Perú invierte US$ 5,235/investigador en biotecnología (valor muy por debajo de los 100 mil dólares considerados como el umbral mínimo necesario para que la productividad científica de un sistema se vea incrementada), mientras que México y Brasil invierten US$ 31,281 y US$ 177,247, respectivamente. Si consideramos el potencial de nuestra diversidad biológica y nuestros problemas agropecuarios y de salud más urgentes, que pueden ser enfrentados con alternativas biotecnológicas, el equipamiento disponible es insuficiente. Así, se estima que el número de maestros debería ser 4 o 5 veces más que el de doctorados, proyectándose que para el 2015 el número de doctores sea de por lo menos 250, y las incorporaciones provengan de la formación interna y el reclutamiento del exterior. En este sentido, las intervenciones en biotecnología deben considerar los siguientes aspectos: Fortalecimiento de programas de postgrado en universidades de alto nivel (doctorado y maestría), mediante becas a estudiantes a candidatos con excelente calificación, en programas debidamente evaluados por su calidad. Implementación de programas de postdoctorado para atraer al talento recién graduado. Promoción estudios del doctorado en el extranjero mediante becas, en áreas de especial interés. Implementación de cursos de especialización en biotecnología. Generación de mecanismos para atraer y estimular la permanencia de doctores graduados en el extranjero por año, en los próximos tres años. Generación de herramientas para el intercambio de investigadores y estudiantes entre universidades e instituciones de investigación peruanos y centros de estudios e investigación de alto nivel del extranjero, mediante becas y pasantías. Acreditación internacional de los programas de postgrado en biotecnología. Fortalecimiento de programas de postgrado en Derechos de Propiedad Intelectual y Programas de Gestión Tecnológica. 10

11 Difusión y comunicación de las aplicaciones, beneficios y riesgos de la biotecnología. Fortalecimiento de capacidades en bioseguridad. En conclusión, existe poco desarrollo de la biotecnología en términos de capacidades, producción científica, generación de conocimientos, transferencia tecnológica y participación de los sectores público y privado para contribuir a la seguridad alimentaria, el aprovechamiento de la biodiversidad y el mejoramiento de la salud. IV. OBJETIVOS Mejorar la calidad genética de cultivos y crianzas destinadas a la agroexportación y a la seguridad alimentaria de la población, mediante biotecnología. Generar productos de alto valor de mercado mediante la aplicación de procesos biotecnológicos a los recursos de la biodiversidad. Solucionar problemas prioritarios de salud en la población peruana, mediante la aplicación de la biotecnología. V. LÍNEAS DE ACCIÓN PRIORITARIAS 5.1. Seguridad Alimentaria y Nutrición. a) Caracterización molecular masiva de especies nativas y naturalizadas para lograr mayor información genética utilizable en procesos productivos. b) Generación de variedades para mitigar los efectos del cambio climático mediante la ingeniería genética y otras técnicas biotecnologías (resistencia a heladas, a enfermedades y plagas). c) Caracterización molecular y sexaje de peces nativos de importancia alimentaria. d) Mejoramiento de la funcionalidad de cultivos andinos mediante ingeniería metabólica (para disminuir su toxicidad y aumentar su aceptabilidad; así como, para incrementar su contenido de vitaminas y minerales). 11

12 e) Investigación y evaluación de los riesgos y beneficios del uso de Organismos Vivos Modificados destinados a la alimentación humana y animal Valorización de la Biodiversidad. a) Estudio de los Genomas de las especies de la biodiversidad. b) Caracterización bioquímica, estructura molecular y genómica de las especies de la biodiversidad de potencial importancia en salud, agricultura, minería (biolixiviación), y ambiente. c) Identificación de los recursos de la biodiversidad mediante la técnica del Código de Barras de ADN. d) Biotecnología para el mejoramiento genético de especies de la agrobiodiversidad para la industria y la exportación. e) Desarrollo de Bioprocesos Salud. a) Desarrollo de kits de diagnóstico de enfermedades infecciosas, endémicas y tropicales (Tuberculosis, Malaria, Chagas, Dengue, Bartonellosis). b) Desarrollo de vacunas clásicas, recombinantes, y aptámeros. c) Validación de plantas de uso medicinal, nutraceútico, funcional y cosmético, incluyendo determinación genotípica y fenotípica, estudios de toxicidad y genotoxicidad, estudios pre clínicos y clínicos. d) Las "ómicas" aplicadas al estudio, diagnóstico, producción de nuevos fármacos y tratamiento de enfermedades de mayor prevalencia en el país. 12