Impacto de la Biotecnología en los Sectores Agrícola, Ganadero y Forestal

Transcripción

1 Sectores agrícola, ganadero y forestal Impacto de la Biotecnología en los Sectores Agrícola, Ganadero y Forestal 1 er Informe de Prospectiva Tecnológica

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3 Impacto de la Biotecnología en los Sectores Agrícola, Ganadero y Forestal 1 er Informe de Prospectiva Tecnológica Sectores agrícola, ganadero y forestal

4 Sectores agrícola, ganadero y forestal 1 er INFORME DE PROSPECTIVA TECNOLÓGICA SOBRE EL IMPACTO DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LOS SECTORES AGRÍCOLA, GANADERO Y FORESTAL El presente informe de Prospectiva Tecnológica ha sido realizado en el marco del convenio de colaboración conjunta entre la Fundación Observatorio de Prospectiva Tecnológico Industrial (OPTI) y Genoma España. En la elaboración de este documento han participado: Coordinación y redacción: Miguel Vega García (Genoma España) Apoyo técnico: Graciela Sáinz (Genoma España) Asistencia Metodológica: Juan Antonio Cabrera (CIEMAT-OPTI) Ana Morato Murillo (OPTI) Descripción de fichas tecnológicas: -Pablo Vera (Coordinador del Programa Nacional de Biotecnología) - Ignacio Romagosa (Coordinador del Programa Nacional de Agricultura) -Javier Paz-Ares (CNB-CSIC) - José Miguel Martínez Zapater (INIA) Genoma España y OPTI agradecen sinceramente la colaboración ofrecida a todo el panel de expertos, constituido por: - Emilio Rodríguez Cerezo (IPTS-Comisión Europea) - Esteban Alcalde (Syngenta Seeds) - Gerardo Díaz (Semillas Fitó) - Ignacio Romagosa (Coordinador del Programa Nacional de Agricultura) - Jaime Costa (Monsanto) -Javier Paz-Ares (CNB-CSIC) - José Ángel Martínez Escribano (INIA) - José Manuel Pardo (IRNASE-CSIC) - Julio Salinas (INIA) - Lorenzo García-Ferriz (Cotevisa) - Montserrat Pagés (CID-CSIC) -Pablo Vera (Coordinador del Programa Nacional de Biotecnología) -Tamara Maes (Oryzon Genomics) - Vicente Pallas (Universidad Politécnica de Valencia-IBMPC) Copyright: Fundación Española para el Desarrollo de la Investigación en Genómica y Proteómica/ Fundación Observatorio de Prospectiva Tecnológica Industrial Edición: Silvia Enríquez (Genoma España) Referencia: GEN-ES Fecha: Diciembre 2004 Depósito Legal: M ISBN: Diseño y realización: Spainfo, S.A. 4

5 PROSPECTIVA TECNOLÓGICA Índice de contenido 1. INTRODUCCIÓN 7 2. METODOLOGÍA DEL INFORME DE PROSPECTIVA TECNOLÓGICA 7 3. TENDENCIAS SOCIO-ECONÓMICAS 8 4. TENDENCIAS TECNOLÓGICAS Tendencia tecnológica I: 12 LA GENÓMICA Y SU APLICACIÓN A LA EXPLOTACIÓN DE LA VARIABILIDAD NATURAL 4.2. Tendencia tecnológica II: 14 MEJORA GENÉTICA DE LAS PRODUCCIONES Y SELECCIÓN ASISTIDA POR MARCADORES 4.3. Tendencia tecnológica III: 15 CULTIVO IN VITRO Y MICROPROPAGACIÓN 4.4. Tendencia tecnológica IV: 16 DESARROLLO DE NUEVAS VARIEDADES 4.5. Tendencia tecnológica V: 16 TRANSFORMACIÓN GENÉTICA 4.6. Tendencia tecnológica VI: 18 SANIDAD ANIMAL Y VEGETAL 5. SELECCIÓN DE TECNOLOGÍAS RESULTADOS DE LA ENCUESTA Análisis estadístico general Evaluación tecnológica Fechas de materialización Posición competitiva de España Análisis cruzado Tecnologías críticas CONCLUSIONES ANEXOS 65 Anexo I: Informes analizados para realizar la síntesis documental 65 Anexo II: Listado de participantes en el panel de expertos 66 Anexo III: Encuesta 67 Anexo IV: Índices estadísticos 73 GLOSARIO 76 5

6 Sectores agrícola, ganadero y forestal La prospectiva tecnológica es un proceso de colaboración mutua entre científicos, ingenieros, empresas y Administración, para identificar tecnologías emergentes y determinar áreas estratégicas de investigación y desarrollo. El impulso de estas áreas estratégicas generará previsiblemente importantes beneficios económicos y sociales. La prospectiva tecnológica no pretende ni puede predecir el futuro. Por el contrario, es un proceso que puede asegurar que las decisiones estratégicas que se toman ahora, en relación a las prioridades nacionales de I+D, estén en consonancia con las necesidades del futuro. 6

7 PROSPECTIVA TECNOLÓGICA 1. Introducción El presente trabajo pretende aportar conocimiento a todas aquellas organizaciones públicas y privadas, que estén involucradas en el análisis de oportunidades, el establecimiento de prioridades y la planificación estratégica en los sectores de agricultura, ganadería, pesca y alimentación. La visión aquí propuesta permite al lector embarcarse en un viaje hacia el futuro de la agricultura, proponiendo un escenario de desarrollo tecnológico al amparo de un marco social y económico. En concreto, el escenario descrito en estas páginas, nos muestra cómo la Biotecnología incidirá en el desarrollo futuro de los sectores nombrados con anterioridad, sin menoscabo de mostrar el lado realista, con las limitaciones y los condicionantes, de dicha tecnología. El objetivo pues de este trabajo es contribuir al establecimiento de una visión estratégica sobre el futuro de la agricultura española, desde el punto de vista de la Biotecnología. Para la consecución de este propósito, se ha realizado un importante ejercicio de análisis, valoración y síntesis de datos, información y conocimiento (ver metodología). El resultado de este esfuerzo pone de manifiesto las tendencias sociales, económicas y tecnológicas, así como las tecnologías relevantes, y más en concreto las 12 tecnologías críticas para el desarrollo de la agro-biotecnología. Por tecnologías críticas se entiende aquellas que, por consenso de un amplio grupo de expertos, se seleccionan por su importancia, proximidad temporal y capacidad competitiva. 2. Metodología del informe de Prospectiva Tecnológica Para la realización del informe se han seguido los siguientes pasos: Síntesis Documental. Síntesis de informes internacionales de la misma naturaleza para obtener un listado de tendencias socioeconómicas y tecnológicas, así como un listado de tecnologías y posibles eventos de importancia hasta el año 2015 (para más información consultar Anexo I). Panel de expertos. Comprobar, y en su caso, ampliar las tendencias socio-económicas y tecnológicas identificadas en la síntesis del documento. Selección de tecnologías relevantes y aceptación o mejora del diseño del cuestionario (la lista de miembros se encuentra en el Anexo II). Redacción y envío del cuestionario. Se trata de valorar por consenso el grado de importancia de las tecnologías seleccionadas como relevantes, así como estimar su fecha de realización y la posición competitiva de España. De este cuestionario se extraerán las tecnologías críticas. El envío se realizará a un mínimo de 400 investigadores del ámbito público y privado (el cuestionario se encuentra en el Anexo III). Análisis del cuestionario. Síntesis de resultados y análisis de medias y modas, explicación de desviaciones y extracción de conclusiones sobre los cuestionarios recibidos. Reunión del panel de expertos. Valoración del análisis de los resultados obtenidos con el cuestionario, definición final de la estructura del informe, así como directrices para establecer conclusiones y recomendaciones finales. Redacción del informe final. Envío de la versión a los expertos del panel para su revisión. 7

8 Sectores agrícola, ganadero y forestal 3. Tendencias socio-económicas Las necesidades sociales y las tendencias económicas son elementos clave a la hora de diseñar el futuro de los sectores productivos de cualquier economía incluyendo, entre esos sectores, el agrícola, ganadero y forestal. Necesidades sociales derivadas de las nuevas demandas del consumidor o los nuevos hábitos de vida, así como tendencias económicas que incluyen el desmantelamiento de barreras comerciales y la incipiente preocupación por la innovación, representan, sin lugar a dudas, los catalizadores del cambio. Por lo tanto, antes de analizar en profundidad el impacto de la biotecnología en los sectores agrícola, ganadero y forestal debemos conocer con cierto detalle cuál es el marco social y económico en el que previsiblemente se desarrollen estas tecnologías. Respecto a las tendencias de marcado carácter social, podemos enumerar las siguientes: El incremento de la población mundial. Las estimaciones de la FAO 1 sobre el crecimiento de la población señalan que habrá millones de habitantes en el año 2020, y que incluso la población podría duplicarse para el año Si bien el ritmo de crecimiento demográfico se prevé disminuya progresivamente (de un 1,2% en el año 2002 a un 0,6% para el año 2020), el incremento de la población en números absolutos será mayúsculo. Ante esta perspectiva se hace necesario seguir incrementando la productividad agrícola. El envejecimiento de la población en países desarrollados. Desde la I Guerra Mundial la esperanza de vida en Norteamérica y Europa se ha duplicado, situación que se encuentra estrechamente ligada a la disponibilidad de alimentos y a las prestaciones sanitarias. El envejecimiento de nuestra población sin duda genera un cambio en el perfil del consumidor medio, principalmente enfocado hacia una mayor preocupación por la salud, y por el consumo de alimentos saludables y/o funcionales o incluso los denominados nutracéuticos. Un consumidor más informado. Una mayor formación e información juegan un papel clave en la dinámica hacia la demanda de calidad e higiene. Las recientes crisis alimentarias han generado desconfianza en el consumidor, que han tenido como consecuencia el endurecimiento de los controles de calidad, la implantación de nuevas normas de trazabilidad de los alimentos o incluso han hecho ganar cuota de mercado a la agricultura orgánica. Un ejemplo claro de la importancia que tiene la información sobre las tendencias de consumo, es el continuo incremento de proteína de pescado, asociado al consumo de ácidos grasos poli-insaturados cardiosaludables, especialmente los denominados omega-3. Mayor conciencia social hacia la preservación del medio ambiente. La legislación, empujada en cierta medida por la presión social, está obligando a implantar prácticas agrícolas, ganaderas e industriales compatibles con el medio ambiente, así como a fomentar el desarrollo de productos reciclables y el uso de eco-recargas. A medida que los países se enriquecen y se urbanizan, el valor de los espacios naturales aumenta. La revisión de la Política Común (PAC). La recientemente pactada revisión de la PAC tendrá sin duda un importante efecto en el sector agrario español. Ya no sólo se producirá un descenso de los precios indicativos o de intervención, sino que también las subvenciones sufrirán recortes, y estarán condicionadas al cumplimiento de una serie de estándares en materia de medio ambiente, seguridad alimentaria y bienestar de los animales. Además, existe una apuesta clara a favor del desarrollo rural. El resultado, aunque incierto, podría resumirse en dos escenarios enfrentados: el abandono de tierras y producciones frente a la profesionalización del agricultor. La aceptación social de la biotecnología. La sociedad en general, y en particular la sociedad europea, se enfrenta al dilema de los Organismos Modificados Genéticamente, desde la desconfianza en el actual sistema regulador, pese a la cada vez más estricta legislación al respecto, y desde la aversión alimentada por la falta de información veraz e imparcial. Según la FAO los 1 FAO: Food and Agriculture Organization (United Nations). 8

9 PROSPECTIVA TECNOLÓGICA consumidores preocupados por este tema estarían dispuestos a pagar entre un 10 y un 40% más por la adquisición de productos ecológicos, no manipulados genéticamente. Las principales líneas de actuación de la biotecnología vegetal han incidido básicamente en la cadena primaria de producción (empresas productoras y agricultores) y por tanto la percepción de su utilidad, por parte del consumidor, ha sido más bien escasa. Sin embargo, líneas de actuación más recientes como la transformación de plantas que permiten aumentar las propiedades nutritivas o incluso de control sobre ciertas patologías, está modificando la percepción pública de la biotecnología. La presión pesquera y la mayor demanda de productos de pesca. Se manifiesta en un crecimiento rápido de la acuicultura, el más destacado dentro del agrario, proporcionando una fuente estable de proteína, en contraposición a la disminución de la productividad de la industria pesquera. Según la FAO el consumo de pescado por habitante para el año 2020 será de kg/año, lo que equivaldría a multiplicar por siete la capacidad productiva actual de la acuicultura. La restricción legislativa para la aprobación de nuevos organismos modificados genéticamente (OMGs). Hasta la fecha se han autorizado a nivel europeo 18 OMGs para distintos usos, como el cultivo, importación o procesado en cultivos de maíz, colza, soja y chicoria 2. También sabemos que existen 22 solicitudes de autorización de OMGs para comercializar maíz, remolacha, arroz y algodón entre otros. Recientemente la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria ha emitido una opinión favorable sobre la primera de estas solicitudes, que tras un desacuerdo en el Consejo Europeo, la primera de las solicitudes ha sido aprobada por la Comisión Europea, desbloqueando así la moratoria de facto que venía produciéndose desde hace 6 años. Las compañías multinacionales que desarrollan los OMGs han cifrado en 30 millones de para obtener la autorización de comercialización de un nuevo OMG. La nueva legislación europea en materia de etiquetado, trazabilidad de OMGs y nutrición. El lunes 18 de abril del presente año 2004, entró en vigor la nueva legislación comunitaria 3 relativa a la trazabilidad y etiquetado de OMGs y de alimentos y piensos producidos a partir de éstos 4, reglamento calificado de complicado cumplimiento y difícil control 5 dada la falta de materiales de referencia para comprobar tanto la ausencia como la presencia de OMGs. También es previsible que en breve se apruebe la propuesta de reglamento europeo sobre alegaciones de salud y nutrición en alimentos, que sin duda se convertirá en un referente para el desarrollo y comercialización de nuevos alimentos e ingredientes funcionales, muchos de estos últimos desarrollados por técnicas biológicas. La instauración del Principio de Precaución en Europa. Entre aquellos que toman decisiones a nivel comunitario en materia de riesgo, se ha instaurado el consenso de aplicar un principio de precaución, o también denominado preventivo, de tal manera que cualquier nueva sustancia, incluidas las químicas y las alimentarias, podría necesitar de una comprobación previa sobre su inocuidad al organismo, antes de conseguir un permiso de aprobación. Respecto a las tendencias de marcado carácter económico, podemos enumerar las siguientes: El fenómeno de la globalización, tendrá como resultados la homogenización en la demanda de los consumidores, el incremento de los flujos comerciales, una mayor competencia en los mercados, y a su vez la generación de nuevas oportunidades de negocio. Las políticas macroeconómicas. La economía está experimentando un crecimiento estable en los países desarrollados (ej. Norteamérica y Europa), atenuándose los ciclos económicos, y por lo tanto generando un consumo de alimentos igualmente estable. Por otro lado, la mejora de la prosperidad económica, a nivel mundial, que se hace patente en aspectos como 2 _ authorisation_ sen.pdf 3 Reglamento 1830/2003 del Parlamento Europeo y del Consejo. 4 _ 268/l _ es pdf 5 Tecnologías Moleculares de Trazabilidad Alimentaria. Genoma España. 9

10 Sectores agrícola, ganadero y forestal la mejora del empleo y los salarios, modifica los hábitos de consumo hacia una demanda de productos de mayor calidad y nutritivos. El incremento de los ingresos familiares y de la urbanización han provocado un cambio paulatino en los hábitos alimentarios. En los países desarrollados aumenta el consumo humano de proteína animal en detrimento de proteína vegetal y alimentos de primera necesidad. Sin embargo, el consumo de cereales sufre una transición desde un consumo humano a uno animal. Hay una tendencia hacia alimentos más ricos en proteínas, más elaborados, envasados y de fácil consumo. El descenso de miembros en el hogar familiar, además, individualiza el consumo (embalaje de los alimentos, etc.). El valor de la cadena de producción y suministro de alimentos experimenta un cambio. Cae el valor de la materia prima y por tanto, de los ingresos para los agricultores, en favor de las operaciones de procesado y de los canales de distribución. La competencia de mercado. Las oportunidades y riesgos derivados de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación, la demanda de los consumidores por la calidad de los productos, la presión internacional para reducir costes, entre otras, obligan a los agricultores a escalar el volumen de sus operaciones, a homogeneizar y a estandarizar las prácticas de producción y comercialización. En definitiva, y tal como se ha expresado con anterioridad, esta confluencia de situaciones trae consigo la profesionalización de la agricultura. La Organización Mundial del Comercio. El desmantelamiento de los aranceles pactado en el seno de la Organización Mundial del Comercio (OMC) acarrea el incremento de las transacciones comerciales, en especial de materias primas. No obstante, la OMC permite y alienta la imposición de medidas no arancelarias para el comercio entre los países, y además no tiene en consideración aspectos sociales y medioambientales en sus compromisos. Esta situación equivale a postular que las desigualdades comerciales y las distorsiones de los mercados seguirán previsiblemente produciéndose. Políticas de innovación. La exportación de materias primas apenas mejora la posición competitiva de un país, sino que son los productos con valor añadido (manufacturados, envasados, etc.), los que incrementan sustancialmente el valor económico total de las exportaciones de un país. Bajo esta premisa, muchos países fomentan la inversión en I+D e innovación, con el objetivo de dotar de valor a sus materias primas o productos. 10

11 PROSPECTIVA TECNOLÓGICA 4. Tendencias Tecnológicas Si tenemos en cuenta que en las últimas décadas del siglo pasado, la economía estaba impregnada por las tecnologías de la información y comunicación, en el siglo XXI todas las previsiones apuntan a que la biotecnología será la clave para mejorar la competitividad de las economías avanzadas. Se espera que el 25% de la transformación industrial futura esté causado por el impacto de la biotecnología en general y de la genómica en particular, lo que está provocando que la investigación en este campo se considere como prioritaria y estratégica por los gobiernos de las principales potencias desarrolladas. A lo largo de la última década, conscientes la gran mayoría de los países avanzados del impacto de la biotecnología en el futuro de sus economías, abordaron, a través de un consorcio internacional, uno de los proyectos más ambiciosos, tanto en objetivos como en recursos económicos, de la humanidad: la secuenciación del genoma humano. Dicho proyecto, que culminó con éxito a principios del año 2003, ha permitido conocer el número y la disposición de nuestros genes, y nos ha embarcado en el viaje de la denominada genómica o conocimiento de las funciones de los genes en el organismo. El importante esfuerzo realizado en el Proyecto Genoma Humano ha permitido desarrollar importantes conocimientos científicos y tecnológicos, así como cosechar el interés y la voluntad de la sociedad hacia la biotecnología, que actualmente se están enfocando hacia otros sectores como la agricultura, la ganadería y la acuicultura. No cabe duda de que la genómica de plantas o de animales, se beneficiará enormemente de todo el trabajo previo realizado en genómica humana. Incremento de la productividad y resistencia de las especies, variedades y razas, tanto vegetales como animales, dotando de una mayor capacidad competitiva a las explotaciones agrícolas, ganaderas y forestales. Implantación de criterios de sostenibilidad en la gestión de las explotaciones, limitando el consumo de insumos y el impacto sobre el medio ambiente e incrementando la sanidad de las explotaciones. Control sobre la reproducción, dirigiendo la producción de la descendencia por criterios económicos, industriales y comerciales. Mejoras sobre el control sanitario, con el objetivo de dar respuestas rápidas y eficaces a las crisis alimentarias y la prevención de epizootías. Utilización de microorganismos, plantas y animales como biofactorías, es decir, convertir bacterias, cultivos o animales de granja en pequeñas fábricas para la producción controlada y a bajo coste, de materias primas y fármacos entre otros. La generación de nuevas vías de eliminación y reutilización de residuos, de manera natural y controlada. Desarrollo de nuevas especies comestibles, para incrementar el elenco actual de alimentos, satisfaciendo así una demanda constante del consumidor por consumir nuevos productos. Los principales objetivos de la aplicación de la biotecnología en general, y de la genómica en particular, en los sectores agrícola, ganadero y forestal, se pueden resumir en los siguientes: Potenciar el uso no alimentario de las tierras agrarias y explotaciones ganaderas, fabricando productos para la industria. Incremento de la calidad de los productos y las producciones, incluida la orientación de dicha producción (alimentos) hacia la prevención y tratamiento de enfermedades. 11

12 Sectores agrícola, ganadero y forestal Las principales herramientas biotecnológicas de que disponemos para alcanzar estos objetivos, de gran importancia para mejorar las producciones y la competitividad de los sectores económicos a los que se dirige este estudio, son las siguientes: 4.1. Tendencia tecnológica I: también todas aquellas que estudian los distintos productos resultantes de la expresión de los genes, y que pueden ayudar a definir el estatus bioquímico de la célula, tejido o ser vivo bajo estudio. Estos productos incluyen todos los pasos subsiguientes en la expresión génica como RNAs, proteínas y metabolitos. Así, al grupo de herramientas que estudian el conjunto de dichos productos se les denomina transcriptómica, proteómica y metabolómica respectivamente. La genómica y su aplicación a la explotación de la variabilidad natural A lo largo de los últimos años se han completado las secuencias genéticas de organismos modelo, como la planta Arabidopsis thaliana y el nematodo C. elegans, así como de otras plantas o animales de interés. Por ejemplo, ya disponemos de los genomas completos o parciales de avena, soja, cebada, tomate, arroz, trigo y maíz. Por otro lado, también se están secuenciando los genomas de las especies bovina, caprina, porcina, ovina y distintas especies avícolas, así como de especies acuícolas como el salmón. El conocimiento de la secuencia genética completa o genoma representa el primer paso para introducirnos en la llamada revolución genómica, o conocimiento de las funciones y mecanismos de actuación de los genes. Hasta hace unos años, la investigación en genómica consistía en estudiar de forma aislada un gen específico y su función, para posteriormente integrarlo en un sistema de genes. Esta manera de abordar el genoma obvia las interacciones entre genes, que en último término pueden ser las responsables de la característica deseada. Sin embargo actualmente, y bajo el nuevo paradigma, se estudian simultáneamente cientos o incluso miles de genes y sus funciones. Esta investigación integrada es posible gracias a la introducción de la automatización o alto rendimiento (high-throughput) y el análisis de datos masivos, en los experimentos de la biología molecular convencional. Bajo el nombre genérico de tecnologías genómicas o de aplicación al estudio del genoma, incluimos La genómica surgió como un desafío al querer descifrar por vez primera la secuencia íntegra de DNA de diferentes especies de seres vivos. Desde entonces, los resultados de los diferentes proyectos sobre genómica han inundado de información los laboratorios científicos de todo el mundo y de noticias los medios de comunicación. No obstante, con la secuencia cruda de nucleótidos que componen los cromosomas de una especie se obtiene información muy escasa y de poca utilidad, esto ha obligado a considerar nuevas aproximaciones. Entre ellas destacan la genómica funcional, que intenta averiguar el momento (desarrollo embrionario, infancia, madurez o senescencia) y el lugar (tejido, órgano) de expresión de un determinado gen y más tarde la función del mismo estudiando las consecuencias de la alteración de ese gen (anulando o potenciando su función) en un organismo mutado. Con ese nivel de comprensión de la funcionalidad de un gen podemos no sólo entender la biología del gen en el contexto de la vida del organismo, sino que además podemos prever cómo responderá el individuo a una alteración en la función del gen. Si bien ya se han realizado importantes avances en el estudio por separado de los genes y los productos resultantes de su expresión, hasta la fecha no se ha conseguido integrar con éxito toda esta información, de tal manera que podamos predecir por ejemplo el efecto fisiológico de la expresión de un gen o viceversa. En los próximos años, la bioinformática tiene ante sí el importante reto de integrar toda la información generada por las tecnologías genómicas, incluidas las referencias y anotaciones de genes y sus expresiones entre distintos organismos. La estrategia de aplicación de las herramientas genómicas en biotecnología agrícola, ganadera y forestal, se aproxima cada días más a aquella 12

13 PROSPECTIVA TECNOLÓGICA utilizada en los procedimientos de descubrimiento y desarrollo de nuevos fármacos de la industria farmacéutica. Dichos procedimientos consisten en: En último término, desarrollar estrategias para la obtención de nuevos productos, nuevas variedades o especies comestibles. Identificar el gen o genes precursores de una proteína o de un metabolito de interés o responsables de la virulencia de un patógeno. Validar el gen o genes en modelos biológicos y citológicos. Caracterizar las proteínas resultantes de la expresión del gen o genes, incluida la estructura y las interacciones de la misma. Conocer los mecanismos de la producción y acúmulo de los metabolitos de interés. Por último es importante señalar que la Genómica permitirá explotar la variabilidad natural presente en todos los genomas, tanto vegetales como animales. Dicha variabilidad es la responsable última del fenotipo de un individuo o de una especie que le hacen ser único y exclusivo. La explotación de esta variabilidad incluye el desarrollo de herramientas que permitan tanto gestionar los recursos almacenados en los bancos de germoplasma, como la búsqueda de genes de interés. Tecnologías pertenecientes a esta tendencia Tecnologías de alto rendimiento para la secuenciación de genomas vegetales, animales y de microorganismos. Establecimiento de genotecas y colecciones completas de ESTs 6 de los genomas vegetales y animales de interés agronómico. Análisis de la expresión génica mediante microarrays de ADN y PCR cualitativa (transcriptómica). Interferencia masiva de RNA (sirna). Bioinformática para la integración de sistemas biológicos. Automatización de la identificación y separación de proteínas mediante cromatografía y espectrometría de masas en línea. Tecnologías de análisis masivo del proteoma y de las interacciones proteína-proteína mediante biochips de proteínas y la automatización de la técnica de two-hybrid. Establecimiento de la estructura terciaria de proteínas por métodos de alto rendimiento en cristalización y difracción (sincrotrón). Automatización de la caracterización de metabolitos (metabolómica). Modelos virtuales de predicción de estructura terciaria de proteínas a partir de la secuencia, y de rutas metabólicas y/o sistemas biológicos. 6 EST: Expressed Sequence Tags. 13

14 Sectores agrícola, ganadero y forestal 4.2. Tendencia tecnológica II: Mejora genética de las producciones y selección asistida por marcadores En el año 1989 la técnica de amplificación de ADN conocida como PCR (proceso sencillo por el cual se multiplica el número de copias de ADN para tener un volumen de muestra suficiente para realizar el análisis correspondiente) fue reconocida como el mayor desarrollo tecnológico de finales del siglo XX, y a la enzima responsable de dicha amplificación (taq polimerasa) como la molécula del año en El desarrollo de esta técnica y la posterior puesta en marcha de la misma, han permitido progresos importantes para la caracterización genética de especies vegetales y animales. La PCR se ha convertido en la herramienta esencial de la biología molecular y juega un papel de liderazgo en prácticamente todas las técnicas que se aplican al análisis y caracterización de genomas en la actualidad. Una de las principales aplicaciones de la PCR es la amplificación y posterior detección de secuencias de ADN que caracterizan una especie o variedad. Dichas secuencias de ADN se denominan marcadores moleculares y son altamente específicas, permitiendo incluso la diferenciación entre individuos de una misma especie en base a su línea germinal. Las secuencias de ADN o marcadores moleculares son de diferente naturaleza y tipo, pero están todas basadas en el mismo principio: en el genoma existen regiones de mayor variabilidad, es decir, zonas donde se encuentran un mayor número de variaciones entre especies o incluso entre individuos de una misma especie. Estas secuencias o regiones variables dentro de un cromosoma se denominan polimorfismos. La secuenciación de los genomas vegetales y animales nos ha abierto el camino para construir auténticos mapas de los genomas, estos mapas se construyen a partir de colecciones de secuencias y de marcadores moleculares, que a modo de puntos geodésicos sobre un mapa físico, nos permiten identificar los genes funcionales, los genes mayores de resistencia y los genes responsables de rasgos cuantitativos o QTLs (Quantitative Trait Loci) como si de valles, ríos y montañas se tratara. Una de las grandes ventajas de los mapas genéticos es que facilitan el estudio de la heredabilidad de un carácter, es decir, podemos predecir si la característica deseada en un reproductor o en una línea vegetal permanecerá en su descendencia. Así, los denominados mapas de ligamiento genético permiten estimar, mediante la distancia física entre un marcador conocido y la característica deseada, si dicha característica pasará a la descendencia o se perderá en el proceso de recombinación genética que de manera natural da lugar al embrión. En el futuro, parece razonable que podamos realizar análisis de alta resolución de la diversidad genética dentro de una misma especie (mediante la re-secuenciación de los genes a partir de colecciones de genotipos). Este esfuerzo producirá información genética suficiente para permitir el estudio de asociaciones entre el fenotipo y el genotipo, es decir, entre las características agronómicas visibles y sus causas moleculares. No obstante, y dada la plasticidad de los genomas, es decir, que su expresión está condicionada en gran medida al medio en el que se encuentran, podría ser complicado disponer de fenotipos veraces y precisos. Tecnologías pertenecientes a esta tendencia Mapas genéticos de las principales especies vegetales cultivadas y animales de interés ganadero. Selección Asistida por Marcadores (AFLP 7, microsatélites, CAPS 8, SNP 9 ) para la mejora genética de cultivos y animales. Análisis de alta resolución de la diversidad intra-específica mediante la re-secuenciación de los genes a partir de colecciones de genotipos. 7 AFLP: Amplified Fragment Length Polimorphism. 8 CAPs: Cleaved Amplified Polymorphic Sequence. 9 SNPs: Single Nucleotide Polimorphism. 14

15 PROSPECTIVA TECNOLÓGICA 4.3. Tendencia tecnológica III: Propagación vegetativa de especies que sólo se propagan por semilla. Cultivo in vitro y micropropagación Al contrario que ocurre con las especies animales o el ser humano, las especies vegetales tienen la capacidad de reproducirse, es decir de generar un embrión viable, utilizando material vegetal, tejido o células adultas o somáticas. Así, en el laboratorio y bajo condiciones in vitro se consigue la multiplicación de especies vegetales, sin necesidad de cultivarlas (propagación de clones, semillas artificiales, protoplasmas regenerativos ). El desarrollo de tecnologías para la mecanización y automatización del proceso de micropropagación ayudará notablemente a eliminar tiempo y costes, la mecanización se aplica sobre procesos de cultivo y transferencia de material, mientras que la automatización hace referencia al cultivo líquido de tejidos y células en biorreactores. Aunque ya se han realizado experiencias en este campo, aún queda mucho trabajo por realizar para transformar las laboriosas técnicas de micropropagación en tecnologías que automaticen los procesos. Al conjunto de técnicas que permiten esta multiplicación vegetativa en laboratorio se les denomina técnicas de micropropagación, e incluye otras técnicas ampliamente conocidas como el cultivo de tejidos y la embriogénesis somática, o generación de un embrión a partir de una célula vegetal adulta. La aplicación potencial de estas técnicas en especies vegetales es la producción en masa de planta y/o árbol, siendo las principales ventajas que permiten: Obtención y multiplicación de nuevos genotipos. Propagación de especies genéticamente modificadas. Mayor capacidad de producción. Disminución en los tiempos necesarios para poner el producto en el mercado. Obtención de material libre de virus. Producción de nuevas especies vegetales (ej. híbridos interespecíficos). En cuanto al reino animal, es importante señalar que también es posible clonar, mediante técnicas de transferencia nuclear, individuos altamente productivos, como por ejemplo vacas lecheras productoras de hormona de crecimiento o cerdas hiper-reproductoras. Las técnicas de transferencia nuclear, que permiten la inserción del material genético de una célula del animal a clonar en un ovocito o embrión, no están optimizadas y resultan muy difíciles de implantar. No obstante, se están haciendo importantes inversiones para poner a punto las técnicas de clonación de animales de granja o de interés ganadero, y sin duda tendrán un alto impacto en el futuro. Otra importante área de desarrollo de la biotecnología aplicada a la producción ganadera serán las tecnologías de sexado de esperma, que aseguren la descendencia de género deseada (Ej. hembras en granjas porcinas) en las campañas de inseminación artificial. Tecnologías pertenecientes a esta tendencia Automatización del cultivo de tejidos y la micropropagación de las principales especies vegetales no recalcitrantes (biorreactores). Uso masivo de la embriogénesis somática para la propagación de las especies vegetales. Automatización en la producción de semillas artificiales, que contienen embriones somáticos, para especies vegetales que no se propagan por semilla. Puesta a punto de técnicas de clonación de animales con buena relación coste-beneficio. Uso extensivo de las tecnologías de sexado de esperma y embriones para inseminación artificial de animales de granja y ganadería (ej. nuevos desarrollos de la citometría de flujo). Automatización y mejora de las tecnologías de rescate de embriones en la generación de nuevas especies y variedades. Automatización del cultivo de meristemos para el saneamiento de especies de interés agronómico. Optimización de la transferencia embrionaria en ganadería. 15

16 Sectores agrícola, ganadero y forestal 4.4. Tendencia tecnológica IV: Desarrollo de nuevas variedades A lo largo de la historia evolutiva, las especies vegetales han ido incorporando nuevos juegos de cromosomas, es decir, una mayor dotación genética, que les ha permitido adquirir herramientas moleculares para adaptarse a un mayor número de hábitats y sobrevivir a condiciones climáticas más adversas. Esta condición de incorporar nuevos juegos de cromosomas se denomina poliploidía y a las especies que tienen tal condición se les denomina poliploides. La posibilidad de incorporar nuevos juegos de cromosomas está siendo explotada para la generación de nuevas especies y variedades como por ejemplo la producción de truchas tetraploides. Actualmente una de las principales preocupaciones de la industria semillera es el desarrollo de nuevas variedades en menores tiempos y con una dotación genética estable, que limite la aparición de variaciones o heterogeneidad en el genoma de los cultivos o animales objeto de producción. Para conseguir estos objetivos existen amplios programas para producir líneas puras a partir de polen o de ovocitos, es decir, a partir de gametos haploides construir cigotos diploides. Posteriormente estos cigotos o líneas puras se pueden utilizar para su cultivo directo o para la obtención de híbridos. Las variedades vegetales nuevas se registran para proteger su uso y comercialización, pero dicho registro se hace en base a características fenotípicas o visuales, situación que hace difícil controlar posibles fraudes. En un futuro cercano parece razonable pensar que se podrán registrar variedades atendiendo a sus diferencias moleculares, pudiendo así precisar con exactitud de qué variedad se trata. Tecnologías pertenecientes a esta tendencia Optimización de la obtención de líneas puras para la producción de nuevas variedades e híbridos (androgénesis, ginogénesis y partenogénesis inducida). Uso masivo de las técnicas de poliploidía (triploides, tetraploides ), para la obtención de nuevas variedades. Desarrollo de modelos bioinformáticas que integren los datos genéticos y de rendimiento con variables ecofisiológicas y ambientales, para la caracterización de la adaptabilidad de nuevas variedades. Desarrollo de nuevos métodos biotecnológicos de control de la polinización para la obtención de nuevas variedades híbridas (androesterilidad). Optimización y homologación de métodos biotecnológicos para control y registro de las nuevas variedades y especies Tendencia tecnológica V: Transformación génica La transformación genética de cultivos y animales es sin duda una importante herramienta para mejorar la productividad y la calidad, así como para adaptar las producciones a intereses industriales o del consumidor. Hasta la fecha, la Unión Europea ha autorizado 18 productos transgénicos, de los cuales 14 son cultivos de tabaco, colza, soja, achicoria, maíz y claveles. La moratoria de facto existente en la UE desde 1998 para la aprobación de nuevos Organismos Modificados Genéticamente (OMGs) se ha desbloqueado el 19 de Mayo del 2004, aprobando la comercialización de una variedad de maíz transgénico. Por su parte España ha autorizado en el año 2003 cinco nuevas variedades transgénicas de maíz resistentes al taladro y nueve más en el En relación con el impacto medioambiental de los OMGs, la conclusión de la mayoría de estudios 16

17 PROSPECTIVA TECNOLÓGICA científicos 10 y agronómicos indica que los cultivos, sean convencionales o transgénicos, tienen un impacto sobre el medio. Aspecto este que, por otro lado, ya conocíamos y que además aparece recogido en la revisión de la Política Común. Dicha revisión prevé la obligatoriedad de realizar buenas prácticas agrarias, que minimicen el impacto de la agricultura y la ganadería sobre el medio ambiente, para percibir las ayudas. Dentro de este campo, es importante señalar que se están realizando importantes avances en transformaciones que limiten la diseminación al medio ambiente del gen insertado. La co-existencia de los distintos cultivos, ya sean convencionales, ecológicos o modificados genéticamente, es un asunto de suma importancia, al fin y al cabo debemos asegurarnos de que ningún tipo de agricultura quede excluida de nuestros campos. Mientras que los aspectos medioambientales y sanitarios de la co-existencia están regulados por directivas y reglamentos comunitarios, los aspectos comerciales y económicos son actualmente objeto de un proyecto de Orden, que incluirá las medidas a aplicar por los agricultores para asegurar la coexistencia. Así las medidas propuestas incluyen: Distancias de aislamiento y zonas tampón. Diferencias en el periodo de floración. Limpieza de maquinaria de siembra y recolección, antes y después de su utilización para evitar el traslado de semillas de operaciones anteriores. Separación física de partidas con granos de cultivos modificados genéticamente y de cultivos no modificados genéticamente tanto en el transporte como en el almacenamiento. Cooperación entre agricultores, informando sobre los planes de siembra, agrupando voluntariamente parcelas de diferentes explotaciones para el cultivo de variedades de cultivos semejantes, celebrando acuerdos voluntarios para separar los tipos de producción modificada genéticamente de los de producción no modificada genéticamente. El primer método de transformación genética de plantas desarrollado fue la infección por Agrobacterium tumefaciens, bacteria que de manera natural infecta a las células de plantas dicotiledóneas, transfiriendo parte de su dotación genética al huésped. Si sustituimos los genes que se transfieren de esta bacteria por los que queremos insertar, se construye un eficaz vector de transformación de plantas. Para las plantas monocotiledóneas se ha venido utilizando otro método, llamado biolístico, consistente en el bombardeo, con microproyectiles cubiertos de DNA, de tejidos, embriones inmaduros o células a transformar. Debido a que este método presenta limitaciones importantes como la baja eficiencia de transformación, se está avanzando para optimizar métodos de transformación en plantas. Una de las líneas de trabajo más importantes sobre la transformación de plantas y microorganismos de interés agronómico o industrial es la modificación dirigida. Es decir, en vez de introducir el gen de interés o realizar mutaciones al azar, se trata de controlar el lugar exacto donde insertamos un gen o producimos una mutación. Las inserciones dirigidas han sido sin duda una de las principales panaceas perseguidas por los ingenieros genéticos, que a fecha de hoy no ha sido resuelta. A lo largo de los próximos años es posible que asistamos a una verdadera carrera científica y tecnológica para el desarrollo de técnicas que permitan tanto la inserción específica de un gen en un lugar del genoma, a través de la recombinación homóloga, como la extracción específica de ciertos genes que no interesan. Las aplicaciones fundamentales de la transformación génica en el futuro, se proyectarán mucho más lejos que las actuales conocidas sobre resistencia a ciertas plagas o herbicidas. Es previsible que en los próximos años se cultiven plantas transformadas tanto a gusto del consumidor como de la industria, incluyendo usos alimentarios y no alimentarios. Así por ejemplo, actualmente está bajo estudio comparativo la producción industrial de ciertos fármacos como 10 El estudio más importante sobre el impacto de OMGs en el medio ambiente ha sido llevado a cabo por la Royal Society por encargo del gobierno británico. Concretamente se han comparado, a lo largo de tres años de estudio y casi 300 ensayos de campo, variedades transgénicas de colza, remolacha azucarera y maíz con sus correspondientes variedades no transformadas. Los resultados son que en los programas herbicidas establecidos con las variedades convencionales de remolacha y de colza hubo más diversidad biológica (en particular abejas y mariposas) que en sus contrapartes sobre variedades transgénicas, en tanto que en el maíz ocurría lo contrario, es decir, una mayor diversidad biológica en el maíz transgénico que en el convencional, debido principalmente a una mayor existencia de flora espontánea (malas hierbas) que atraen a los insectos. 17

18 Sectores agrícola, ganadero y forestal anticuerpos en distintos sistemas productivos, en concreto se realizan estudios de coste-beneficio entre la producción en fermentadores y la producción en plantas o animales. Los estudios preliminares muestran cifras de un orden de magnitud inferior para la producción de estos anticuerpos en plantas. Esta aplicación de la biotecnología nos introduce de lleno en las bio-factorías: microorganismos, plantas y animales transformados genéticamente para producir metabolitos y/o proteínas de interés. Tecnologías pertenecientes a esta tendencia Optimización con métodos biológicos de la transformación de plantas monocotiledóneas y dicotiledóneas. Automatización con métodos físicos y/o biolísticos de la transformación de microorganismos, plantas y animales, mediante vectores, bombardeo con partículas de oro, electroporación y otros métodos. Optimización de técnicas alternativas a la resistencia a antibióticos para la selección de la transgénesis. Uso extensivo de vectores de contención biológica para evitar la diseminación de la transgénesis y transformación de orgánulos (cloroplastos) no involucrados en la polinización. Optimización de los protocolos y vectores de transformación. Promotores específicos de tejido y de estadío de desarrollo, para controlar la expresión de los genes que se introducen en tiempo y lugar, y promotores inducibles por distintos tratamientos. Tecnologías de estabilización de la expresión transgénica en el tiempo. Inserción y deleción dirigida y específica para lograr una auténtica ingeniería genética de microorganismos, plantas y animales (recombinación homóloga). Uso extensivo de mutaciones dirigidas para la mejora de cultivos y microorganismos de interés agronómico e industrial. Automatización de la genética reversa (ej. tilling) para la caracterización genómica a partir de colecciones de fenotipos Tendencia tecnológica VI: Sanidad animal y vegetal En el capitulo de protección y seguimiento sanitario de las producciones tanto vegetales como animales, el impacto de la biotecnología ha sido y seguirá siendo de gran importancia. Si a lo largo de las últimas décadas se han desarrollado entre otros métodos de diagnóstico homologados internacionalmente para el seguimiento por ejemplo de la salud de nuestra cabaña ganadera y vacunas que inmunizan mediante extractos atenuados de los patógenos responsables de las enfermedades, cabe esperar que para los años venideros la biotecnología siga aportando aplicaciones importantes. En el capitulo de diagnóstico del estado sanitario, es previsible que los métodos actuales se complementen con el denominado diagnóstico molecular, es decir, mediante la identificación de secuencias genéticas, bien DNA o RNA, que permiten de manera fiable y rápida determinar la existencia de patógenos o incluso caracterizar el estado sanitario de las producciones. Estas tecnologías se están miniaturizando e integrando en dispositivos de fácil uso e incluso portátiles. En el apartado de profilaxis, existe toda una nueva generación de vacunas que en vez de utilizar extractos atenuados de los patógenos, vivos o muertos, para producir una reacción inmune, utilizan directamente las proteínas inmunizantes producidas por recombinación genética, del mismo modo que se produce la insulina para los diabéticos, o bien utilizan directamente los genes responsables de provocar una reacción inmune frente a una infección. A las primeras se las denomina vacunas recombinantes y a las segundas vacunas de ADN. Hasta la fecha estas vacunas han tenido un impacto menor principalmente por su alto coste, en ganadería 18

19 PROSPECTIVA TECNOLÓGICA usualmente es más rentable sacrificar a los animales afectados por un brote que vacunar a toda la cabaña. No obstante, ya se están desarrollando vacunas para animales de compañía y para especies acuícolas, como la última vacuna recombinantes desarrollada en Chile contra la Piscirickettsia salmonis, ya licenciada a una gran empresa farmacéutica. Por último, es previsible que todos los conocimientos desarrollados en el apartado de Genómica puedan aplicarse para el desarrollo de nuevas vacunas y fitosanitarios, que inciden sobre las causas moleculares de los procesos infecciosos. Tecnologías pertenecientes a esta tendencia Diagnóstico molecular en campo mediante biochips portátiles, que determinen estados patológicos y enfermedades, así como que establezcan la situación de estrés abiótico y biótico de plantas y animales. Desarrollo de nuevos biosensores para la agricultura y la ganadería, en especial dirigidos a sustituir la detección fluorescente por la detección electroquímica. Uso extensivo de vacunas recombinantes en ganadería y acuicultura. Optimización de vacunas de ADN como nuevo método de protección en ganadería y acuicultura. Desarrollo y generalización del uso de pro-bióticos en piensos animales. Desarrollo de nuevos fitosanitarios en base al conocimiento en genómica y proteómica. 19

20 Sectores agrícola, ganadero y forestal 5. Selección de tecnologías Las tecnologías descritas en el apartado anterior se consideran de relevancia para el desarrollo de la agro-biotecnología o de la aplicación de la biotecnología en los sectores Agrícola, Ganadero y Forestal. No obstante, y con objeto de identificar las tecnologías de mayor importancia para la realización de la encuesta, se procedió a realizar una selección de las mismas con el Panel de Expertos. El resultado de esta selección pone de manifiesto que existen 21 tecnologías de las 40 inicialmente identificadas que cosechan un grado de importancia alto o prioritario. Estas tecnologías se consideran pues como importantes o de cierta relevancia, procediendo a enviar el cuestionario para establecer la situación de dichas tecnologías y determinar las tecnologías críticas. Tecnologías consideradas como de importancia alta o prioritaria por el Panel de Expertos (por orden de importancia): Mapas genéticos Mapas genómicos completos de las principales especies vegetales cultivadas y animales de interés. Protocolos y vectores de transformación Optimización de promotores específicos de tejido y de estadío de desarrollo, para controlar la expresión de los genes que se introducen en tiempo y lugar, y promotores inducibles por distintos tratamientos. Transcriptómica Análisis de la expresión génica mediante microarrays de ADN y PCR cualitativa. Vectores y métodos de contención biológica Uso extensivo de vectores de contención biológica para evitar la diseminación de la transgénesis, en especial dirigidos a la transformación de orgánulos (cloroplastos) no involucrados en la polinización. Biochips para diagnóstico molecular Diagnóstico molecular en campo mediante biochips portátiles, que determinen estados patológicos y enfermedades, así como que establezcan la situación de estrés abiótico y biótico de plantas y animales. Inserción y deleción dirigida Modificación específica para lograr una auténtica ingeniería genética de microorganismos, plantas y animales (recombinación homóloga). Vacunas recombinantes Uso extensivo de vacunas recombinantes en ganadería y acuicultura. Ultrasecuenciación Tecnologías de alto rendimiento para la secuenciación de genomas vegetales, animales y de microorganismos. Selección Asistida por Marcadores Selección Asistida por Marcadores (AFLP 11, microsatélites, CAPS 12, SNP 13 ) para la mejora genética de vegetales y animales. 11 AFLP: Amplified Fragment Length Polymorphism. 12 CAPs: Cleaved Amplified Polymorphic Sequence. 13 SNP: Single Nucleotide Polymorphism. 20