La biotecnología aplicada aplica los resultados que se producen en la biotecnología para obtener un elemento potenciador con una función clara y definida. Suele estar asociada a un proceso industrial en el que, en ocasiones, se utiliza incluso la ingeniería genética.
La biotecnología aplicada está presente en muchas más áreas industriales de lo que se podría pensar en principio, ya que su aplicación abarca campos muy amplios. Desde lamedicina hasta la agricultura, pasando por procesos industriales puros o incluso utilizándose para mejorar la biodiversidad. Sin duda, un abanico muy amplio que se debe desarrollar en mayor profundidad.
Existen diferentes tipos de clasificaciones para la biotecnología aplicada. La más extendida las diferencia según su ámbito de aplicación y las clasifica aplicándoles una nomenclatura que sigue un código de color:
Con el paso del tiempo, y gracias a las mejoras que se han producido tanto en apartados técnicos como de investigación, la biotecnología aplicada ha desarrollado una industria totalmente especializada en productos que se puedan implementar en cualquiera de los ámbitos de aplicación anteriormente descritos.
Los alimentos de origen vegetal son las principales fuentes de nutrientes para gran parte de la población mundial, siendo imprescindible para el sustento de la salud y bienestar (1). Con el fin de aumentar la calidad nutricional de las especies vegetales, se están realizando investigaciones para comprender y manipular las vías metabólicas de macro y micronutrientes, también su biodisponibilidad, o sea, cantidad de nutrientes absorbidos y utilizados por el organismo (2).
La ingeniería genética tiene una importante función al tratarse del perfeccionamiento y mejoramiento de alimentos funcionales, lo que no sólo implica investigaciones biológicas y tecnológicas, sino también normativas y de comunicación ética (3).
La biotecnología es una ciencia multidisciplinaria que se basa en la obtención de bienes y servicios utilizando los procesos biológicos y el conocimiento sobre las propiedades de los seres vivos (4). La biotecnología aplicada a los alimentos no sólo tiene como finalidad aumentar la producción, mejorar o modificar la funcionalidad, sino también atender la demanda de los consumidores para productos mas seguros, frescos, y sabrosos (2).
Muchos alimentos con propiedades funcionales están siendo estudiados e investigados por científicos de todo el mundo. Entre ellos destaca: la soja con contenido elevado de isoflavonoides, el ácido oleico, omega 3 (5); granos oleaginosos enriquecidos con ácido esteárico; papa con mayores niveles de aminoácidos esenciales (6); tomate con un elevado contenido de licopeno con propiedad antioxidante que ayuda a prevenir el cáncer y enfermedades del corazón; arroz con un mayor contenido de beta caroteno, que estimula la producción de vitamina A; arroz, trigo y alubias con mas hierro, importante para combatir la anemia.
Otras aplicaciones biotecnológicas incluyen el desarrollo de granos con cantidades elevadas de vitamina E, la cual estimula el sistema inmunológico, frutas con mayor contenido de vitamina C. También por medio de la ingeniería genética, ha sido posible desarrollar vegetales que expresan antígenos, conocidos como vacunas comestibles (7).
El uso de la biotecnología para el desarrollo de variedades promueve beneficios inmensos, los cuales se relacionan con la sustentabilidad implicando una mayor producción de alimentos, con mayor calidad y valor nutricional, lo que influye en el futuro desempeño económico de los países y en la condición nutricional de sus poblaciones (2). En ese contexto, este artículo de actualización tuvo como objetivo abordar las aplicaciones biotecnológicas en los alimentos y los beneficios que proporcionan a la salud humana.
EXPANSION, PRODUCCION Y CONTROL DE LOS ALIMENTOS GENETICAMENTE MODIFICADOS (AGMs)
Los experimentos clásicos de Mendel fueron base para el esclarecimiento y manipulación de la herencia, con el objeto de mejorar el desarrollo de nuevas variedades. Con el transcurrir del tiempo, se desarrollaron modelos matemáticos (genética cuantitativa), dándole mayor confiabilidad a la producción de plantas genéticamente mejoradas (8).
Después de la segunda guerra mundial, la presión por la producción de alimentos pasó a ser mayor y se hicieron necesarios nuevos conocimientos. Hubo necesidad de optimizar la producción agrícola y sólo fue posible por el desarrollo de nuevas tecnologías (9). La utilización de biotecnología en la obtención de plantas transgénicas trajo una nueva dimensión a la mejoría genética de plantas (10).
Con las herramientas desarrolladas por la biotecnología, el DNA de las especies vegetales puede ser alterado por medio de la técnica del DNA recombinante, el cual posibilita el aislamiento y el clonaje de genes, seguidos de la introducción y expresión de los mismos en cualquier otros organismo (9). Así, fue posible obtener cultivos de excelente calidad, con las características deseadas, con mayor control de la cosecha agrícola.
El plantel de cultivos genéticamente modificados está aumentando cada año, desde 1996 cuando se produjo la primera generación de cultivos. El año 2011, las plantaciones de semilla genéticamente modificadas ocuparon 160 millones de hectáreas, un aumento de 12 millones de hectáreas en relación al año 2010. Según el ISAAA (International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications) (11). De los 29 países que plantan transgénicos, 19 son países en desarrollo.
El año 2011, cuatro países de Sudamérica (Brasil, Argentina, Paraguay y Uruguay) estaban entre los diez primeros países que más plantaban transgénicos en el mundo. Brasil alcanzó 30,3 millones de hectáreas plantados con siembras genéticamente modificadas o transgénicas el año 2011, ampliando su producción y consolidando la segunda posición en tres años consecutivos en el ranking mundial de países que adoptan la biotecnología en sus cultivos, detrás solamente de los Estados Unidos con 69,0 millones de hectáreas (11).
Otros países sudamericanos se destacaron en el ranking de producción de cultivos transgénicas el año 2011, como Bolivia, Colombia y Chile, ocupando respectivamente, el décimo primer lugar (0,9 millones de hectáreas); decimoctavo lugar (<0 cimo="" d="" de="" el="" font="" hect="" lugar="" millones="" noveno="" reas="" y="">
A pesar de la expansión de los cultivos genéticamente modificados por el mundo, aún se hace necesario, que la producción de plantas transgénicas para el consumo humano sea sometida a análisis de riesgos, evaluaciones toxicológicas y nutricionales, entre otras (12).
Para cultivar transgénicos, la FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) (13) creó algunos criterios, cuyo principio son los análisis químicos y nutricionales para la identificación de semejantes entre las plantaciones de organismo genéticamente modificados (OGMs) y las convencionales. Estos análisis de bioseguridad se realizan en cada país por medio de agencias gubernamentales locales.
En Estados Unidos, la producción de transgénicos es controlada por las agencias: USDA (united States Department of Agriculture), EPA (environmental Protection Agency) e FDA (Food and Drug Administration) (14).
En Brasil, el IDEC (Instituto Brasileiro de Defesa do Consumidor); IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis); Ministerios de la Agricultura, Medio Ambiente y Salud; y los principalmente la CTNBio (Comissão Técnica Nacional de Biossegurança) son los organismos técnicos responsables de la evaluación de la bioseguridad de todas las actividades que comprenden la OMGs (14).
En Argentina, la producción es regulada por la CONABIA (Comisión Nacional Asesora de Biotecnología Agropecuaria). El Calt (Comisión Asesora de Liberación de Transgénicos) presidido por el SAG (Servicio Agrícola y Ganadero) establece requisitos para la bioseguridad de transgénicos en Chile (15).
Estudios científicos demostraron que los alimentos transgénicos y sus derivados liberados por las agencias gubernamentales son tan seguros para el medio ambiente y para el consumo como los convencionales (16-18). Es imprescindible, por lo tanto, que todas las variedades modificadas genéticamente sean sometidas a evaluaciones rigurosas, teniendo como objetivo la detección de eventuales cambios inesperados que pudiesen producir efectos adversos a la salud.
MEJORIA EN LAS CARACTERISTICAS DE CALIDAD DE LOS ALIMENTOS
En la primera generación de productos agrícolas biotec-nológicos fueron incorporadas características favorables a las necesidades agronómicas. Estas incluyeron el desarrollo de vegetales con mayor resistencia al transporte y almacenamiento; semillas resistentes a plagas, agroquímicos, metales tóxicos del suelo, al frio y otros estreses abióticos (19,20).
A consecuencia de los avances científicos, los investigadores propusieron utilizar la tecnología para desarrollar alimentos más nutritivos, dando prioridad a los beneficios para el consumidor. Muchos de ellos se encuentran en la categoría de "alimentos funcionales", pues proporcionan elementos nutritivos adicionales, si son comparados a su contraparte convencional (5). Alimentos que fueron mejorados genéticamente y otros que aún están siendo perfeccionados serán expuestos a continuación.
a) Granos oleaginosos más saludables
Varias investigaciones indican que el consumo de granos de soja traen diversos beneficios para la salud como la reducción de los síntomas de menopausia (21); reducción del riesgo de enfermedades cardiovasculares (22); reducción de riesgo de algunos tipos de cáncer (23); aumento de la densidad ósea en mujeres postmenopausicas (24).
Alimentos que tiene como base la soja poseen una fuente natural de isoflavonoides, un fitoestrógeno que puede ser responsable por muchos de estos beneficios. Se cree que los isoflavonoides (como la genisteína) tienen efectos semejantes al del estrógeno en el organismo, al presentar una estructura química semejante a la de los dos receptores de estrógeno, alfa (ERa) y beta (ERP) (25).
Pequeñas cantidades de granos de soja con elevado contenido de isoflavonoides pueden proporcionar más beneficios a la salud cuando son comparados con granos de soja convencionales en la medida que la cantidad ingerida deba ser mayor para obtener los mismos resultados. Actualmente, granos de soja con gran cantidad de isoflavonoides se están desarrollando por medio de la ingeniera genética y esa nueva variedad tendrá aproximadamente cuatro veces el contenido normal de isoflavonoides de los granos de soja convencionales. Granos de soja con alto contenido de isoflavonoides deberán comercializarse después del año 2016 (5).
Durante mucho tiempo se consideró como componente fundamental en la dieta saludable debido a los beneficios proporcionados en la reducción de la oxidación del LDL -colesterol (Low Density Lipoprotein), al ácido oleico que es un acido graso monoinsaturado (26). Tal propiedad del ácido oleico es de extremada importancia para la salud humana, pues, al inhibir la modificación oxidativa del LDL, disminuye el progreso de las lesiones ateroscleróticas (27).
La introducción de genes que alteran las vías metabólicas facilita la producción de grasa sólida o semisólida sin ácidos grasos trans en las semillas de oleaginosas (28). Se han desarrollado variedades de canola con alto contenido de ácido esteárico por la supresión del gen asociado a la producción de la enzima Δ9 saturase. El ácido esteárico mismo saturado, se cree que tiene implicaciones muy bajas en el perfil lipídico, pudiendo ser convertido en acido oleico en el organismo. El aceite casi no necesita de hidrogenación y por lo tanto no se producen ácidos grasos trans (28). Este aceite es suficientemente estable para hacer grasas suaves de origen vegetal sin la necesidad de hidrogenación (5).
Otra manera de evitar la hidrogenación es por medio de silenciamiento génico que induce al aumento del gen asociado a la producción de ácido oleico en lugar del ácido linoleico y α-linoleico por la supresión de la enzimaΔ12 saturase (29). De esta manera, la utilización de la biotecnología agrícola para el desarrollo de aceites de soja y canola con niveles elevado de acido oleico y, por lo tanto, con estabilidad oxidativa, puede proporcionar el perfeccionamiento de productos alimenticios sin grasas trans (5).
Además de los pescados, los ácidos grasos poliinsaturados omega 3 también se encuentran en algunos cereales y legumbres (30). Diversos estudios muestran que la alta ingestión de ácidos grasos omega 3 se asocia a un menor riesgo de muerte por enfermedades cardiovasculares y que el consumo de aceites vegetales ricos en ácido linoleico puede conferir protección cardiovascular (31, 32). Se sabe que el ácido docosahexanoico (DHA) es importante en la síntesis de las neuronas y desarrollo del cerebro infantil (33).
Investigadores están desarrollando granos de soja y linaza más ricos en contenido de omega 3 por medio de transgenia. El objetivo de esta investigación es la creación de alimentos más sabrosos y ricos en este nutriente esencial, el omega 3, y además que sean de bajo valor adquisitivo y puedan ser utilizados como alternativa del pescado (34).
La primera de estas innovaciones es el desarrollo de granos de soja que logre un elevado contenido de ácido estearidónico (SDA), que es convertido en ácido eicosapentaenoico (EPA) y DHA con más eficacia que el acido alfa-linolénico (ALA) (34). De esta forma, se espera que los productos de aceite de soja derivados de esta innovación tengan cantidades de omega 3 biodisponibles seis veces mayor que el aceite de soja tradicional. El aceite SDA, probablemente será utilizado como aditivo para fortalecer los aceites tradicionales (5).
b) Mayor calidad y cantidad de proteínas en vegetales
La mejoría del valor nutricional de los vegetales, enfocándose en la composición de aminoácidos de las plantas, ha sido objeto de programas de mejoramiento de plantas desde hace décadas (2). Los cereales normalmente son pobres en ciertos aminoácidos esenciales. En el maíz, la lisina y el triptófano son aminoácidos esenciales que aparecen en pequeñas cantidades. Otros como, la metionina y cisteína, constituyen aminoácidos asociados a la absorción de hierro y zinc en el intestino, también están presentes en bajas concentraciones en el maíz (28).
Investigadores del CIMMYT (Centro Internacional del Maíz y Mejoramiento de Trigo) desarrollaron semillas de maíz con una calidad proteica mejorada (QPM) a partir de la introducción de genes que modifican el endospermo. Este trabajo ha resultado en la concepción de productos genéticamente modificados que poseen niveles medios de triptófano y lisina aproximadamente 50% mayores al compararlos con semillas de maíz convencional. Variedades de QPM pueden proporcionar contribuciones importantes para la adecuación de calidad de proteínas en dietas con base al maíz (35).
La lisina es producida junto con otros aminoácidos esenciales, como la treonina, metionina y isoleucina, partiendo del aspartato. Genes asociados a la producción de las enzimas aspartato-quinase y dihydrodipicolinate sintasa de bacterias menos sensibles a la inhibición por lisina fueron insertados en el genoma de la patata resultando en aumento de 2,6 y 8 veces los contenidos de metionina, lisina y treonina, respectivamente. En las plantas convencionales el nivel de lisina fue de 1% de aminoácidos total en cuanto en las transgénicas alcanzó valores de 15% (6).
Muchos vegetales están siendo utilizados como bio-rreactores, esto es, constituyen verdaderas fábricas para la producción de fármacos, químicos, plásticos u otros productos. Investigaciones realizadas han demostrado que vegetales transgénicos son idóneos de expresar proteínas encontradas en la leche humana (3).
Un ejemplo es el gen que codifica la β-caseína, proteína encontrada en la leche humana, el que puede introducirse en la papa, de modo que esa proteína pueda encontrarse en la proporción de 0,01% de las proteínas solubles en los tubérculos y hojas (36). Del mismo modo, los genes asociados a la producción de α lactoalbumina sérica (37), y lactoferrina (38), pueden ser detectados en tabaco transgénico.
Otro ejemplo es la modificación de plantas para expresión de antígenos (vacunas), como es el caso del arroz, trigo, alfalfa, papa, guisante y lechuga. Para la producción de vacunas comestibles, se utiliza como vector la Agrobacterium tumefaciens. El vector libera en las células vegetales el gen que codifica el antígeno del virus o de la bacteria patogénica, y en consecuencia ocurre una respuesta inmune en el individuo al ingerir el vegetal (7). Al contrario del método convencional de producción de vacunas, este nuevo método no necesita de purificación, pues la acción de las proteínas antigénicas es directa.
c) Aumento de hierro y vitamina A
El principal componente de la dieta básica de la población mundial es el arroz. Este cereal es responsable del 20% de la fuente de energía alimenticia de la población mundial (39); siendo, por lo tanto, el alimento principal de investigaciones relacionadas en la mejoría en su calidad nutricional.
El hierro desempeña importantes funciones en el metabolismo del humano, siendo uno de los micronutrientes ampliamente investigados. Tales funciones engloban el transporte de oxigeno y almacenamiento, reacciones de liberación de energía en la cadena de transporte de electrón y síntesis de moléculas orgánicas (conversión de ribosas y desoxirribosa). La falta de hierro en el organismo es la carencia nutricional predominante en la población mundial, pudiendo acarrear disturbios neurocognitivos (40). La manera más grave de tal carencia, es la anemia, la que afecta principalmente niños y mujeres en edad reproductiva (41).
Las plantas transgénicas fortificadas con hierro son consideradas buenas alternativas para la reducción del número de individuos que presentan tales deficiencias, además de propiciar la ingestión de cantidad de hierro necesaria, posibilitan el aumento en la productividad del vegetal, considerando que su desarrollo es muchas veces limitado debido a la propia carencia de este mineral en la planta. Con el objeto de aumentar el contenido de hierro del arroz blanco, se realizó la inserción de genes, que pronunciaron proteínas en el endospermo central: la fitoferritina de Phaseolus; la proteína semejante a la metalotioneína, rica en cisteína endógena; y la fitasa de Aspergillus fumigatus termorresistente (42). Considerando el consumo diario de 300 g de arroz convencional por adulto, se obtiene aproximadamente 3 mg de hierro, entretanto la ingestión de arroz transgénico posibilita la obtención de 6mg de hierro lo que se equivale a 20% de las recomendaciones diarias de hierro. De esta forma, la ingestión de hierro en el arroz transgénico es de gran importancia del punto de vista nutricional (28).
El arroz dorado, Golden Rise, fue desarrollado por investigadores alemanes y suizos en los 90 con el objetivo de expresar un alto contenido de carotenoide. Este arroz trae dos genes extras, el gen psy (phytoene synthase) proveniente de la planta narciso y otro fitoeno desaturasa (ctrl) de la bacteria Erwinia uredovora los que fueron insertados en el arroz para producir granos amarillos, con altos niveles de β- caroteno, que es convertido en vitamina A en el organismo. Syngenta substituyó el gen psy proveniente del narciso por el psy del maíz, lo que consecuentemente proporcionó un aumento de la cantidad de β- caroteno en el Golden Rise II (3).
El arroz con vitamina A ha recibido atención de los medios de comunicación por su potencial para suprimir las deficiencias de provitamina A en millones de individuos. Está indicada como alternativa en el combate de la ceguera. Proyecto similar al Golden Rise fue realizado por la Monsanto con la canola (Brassica napus) basado en la investigación de Shewmaker et al., 1999 que desarrolló tecnología para la inserción de gen bacteriano que produjera la enzima fitoeno sintasa y observó un amento en la producción de carotenoide de la planta (43).
Esta tecnología se introdujo también en la mostaza (Brassica juncea), cultivada en diversos lugares del mundo, incluyendo India, Nepal y Bangladesh, siendo el segundo mayor aceite consumido en la India. El aceite de mostaza alterado por medio de esta tecnología posee β- caroteno en cantidad suficiente para reducir la deficiencia de vitamina A en la población (44).
El licopeno, además de ser responsable de la coloración roja del tomate, es uno de los más potentes antioxidantes, siendo sugerido para la prevención del cáncer, de próstata y de enfermedades cardiovasculares por proteger moléculas como lípidos, lipoproteínas de baja densidad (LDL), proteínas y DNA (45).
Variedades de tomate transgénico con altos niveles de licopeno se desarrollaron accidentalmente por investigadores norteamericanos. Ellos intentaban crear un tomate transgénico con propiedades de maduración tardía. Por tanto, un gen de levadura fue insertado juntos a los genes del tomate, que, posibilitó que permaneciera joven por más tiempo. Los científicos observaron que además del retardo de maduración, el alimento pasó a tener dos veces más cantidad de licopeno (3).
La utilización de la biotecnología en los días actuales representa una herramienta adicional para la ayuda de otras ciencias que tienen como propósito preservar la salud humana. Así siendo, tal tecnología en conjunto con la nutrición permite beneficios inmensurables para la población.
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