Pedro rocha

Importancia de las tecnologías limpias, los
marcos regulatorios y la institucionalidad para la
mitigación y adaptación de la agricultura al
cambio climático

Pedro J. Rocha S.
Biólogo, Ph.D.
Coordinador
Área de Biotecnología y Bioseguridad
Programa de Innovación para la Productividad y la Competitividad

VI Congreso Nacional de Ingenieros Agrónomos de Nicaragua
Managua, 30 de Agosto de 2012

Contendio

• Reflexiones Introductorias
– Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología
– Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad
• Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales

2

Contendio


3

Necesidades (Demandas) de la Humanidad:
Crecientes en Calidad y Cantidad

http://livingviajes.com/costa-rica-un-paraiso-de-sensaciones/
Menzel, P. Hungry planet (2007) Menzel, P. Hungry planet (2007) Siabatto, O. (2009)

http://www.sciencedaily.com/releases/2009/10 http://es.paperblog.com/buscando-el-elixir-de-la-eterna- http://es.paperblog.com/secretos http://www.chinadaily.com.cn/olympics/2008-
/091001081223.htm juventud-525816/ -para-la-eterna-juventud-530620/ 08/22/content_6962746.htm

http://www.storyspanish.com/?p=689
http://www.tuverde.com

http://es.123rf.com/photo_5132723_estatuas-de-los-
4
http://www.ahorroenenergia.com/
https://nccnews.expressions.syr.edu/?p= http://www.flickr.com/groups/caracasfree/discuss/72157603380 hombres-desempleados-de-pie-en-una-l-nea-de-
consejos-para-ahorrar-gasolina-ii/ 822992/
36010 desempleo-durante-la-gran-depresi-n-en-e.html

Paradojas

La biodiversidad es esencial para el sostenimiento de
la humanidad… Sin embargo,

solo 30 cultivos proveen el 95% de los
requerimientos nutricionales humanos

75% de ocho …
40% de dos, arroz y trigo

5
www.shutterstock.com Keith Weller /http://www.sciencedaily.com

Paradojas

Hay hambre en el mundo, un millardo de personas
está en situación de vulnerabilidad alimenticia
Sin embargo, el 40% de los alimentos
producidos en el mundo se pierden o se
desperdician…
Josette Sheeran , Dir. Ejec. PMA

6
http://santamarta-magdalena.gov.co http.//www.laponzona.com http.//www.elbustodepalas.blogspot.com

Paradojas
El agua es tan valiosa que no tiene precio

http://altanto.blog.terra.com.co/files/2009/03/rio.jpg

“En los próximos 50 años necesitaremos producir una cantidad de alimentos
equivalente a la que ha sido consumida en toda la historia de la humanidad”
Megan Clark, CSIRO - Australia

> 7.000´000.000

8
http://www.ciberdroide.com/wordpress/previsiones-de-crecimiento-demografico-mundial/

Cambio Climático Global

http://www. robertocarballo.com

http://www.elcolombiano.com

http://www.indaga.net/noticiascomunitat/images/ince
ndios-forestales-comunitat.jpg

Impactos del Cambio Climático sobre los Recursos
Naturales

• Sobre las fuentes de agua dulce
– Las proyecciones muestran la contracción de la superficie de hielos y de nieve.
En algunas proyecciones los hielos de la región ártica prácticamente
desaparecerán a finales del presente siglo.
– El caudal disminuirá y los niveles de los ríos serán más volátiles.
http://www.paramo.org
– Las inundaciones más frecuentes y devastadoras.
– Las sequías serán extremas (mayor duración).
– Disminución de recursos hídricos de regiones secas de latitudes medias y en
los trópicos secos
• Menores precipitaciones, disminución de evapotranspiración, y también en áreas surtidas por la nieve y el
deshielo.
– Se verá afectada la agricultura en latitudes medias, debido a la
disminución de agua.

• Sobre los mares
– La contracción del manto de hielo producirá un aumento del nivel del mar de
http://www. robertocarballo.com
hasta 4-6 m. en las costas.
– Inundaciones de áreas clave de valor económico, cultural y militar.
– Contaminación de acuíferos de agua dulce y manglares.
– La emisión de carbono antropógeno acidifica el océano (pH ha disminuido 0,1).
• Se estima una reducción del pH del océano entre 0,14 y 0,35 en el s. XXI.
– Acidificación progresiva de los océanos tendrá efectos negativos sobre los
organismos marinos que producen caparazón, sobre el crecimiento de algas y
el contenido de O2 del agua y de la atmósfera.
http://www.adn.es/clipping/ADNIMA20081214_2701/4.jpg

Naturales

• Sobre el aire
– Cambios en los patrones de precipitación.
– Presencia de eventos climáticos extremos
(huracanes, tormentas, ciclos de Niño y Niña más
frecuentes e intensos).
– Disminución de concentración de O2.
– Aumento de la concentración de otros gases (CH4).

• Sobre el suelo
– Reducción de los niveles de humedad
http://sustentable.cl/wp-content/
(aridificación) en particular en la región Caribe y en
planicies altas.
– Pérdidas de grandes áreas de suelo con efectos
sociales, económicos, políticos y productivos
(agricultura y ganadería).

http://www.galeriacolombia.com/userfiles/GUser/jorge_enriqu/org/caminando_1.jpg

Naturales

• Sobre la biodiversidad
– Pérdida de ecosistemas
• El aire más cálido y la disminución de la humedad amenazan los páramos andinos y los pantanos de las alturas. Los
glaciares seguirán derritiéndose.
• Habrá impactos en los ecosistemas de tundra, bosques boreales y regiones montañosas por su sensibilidad al incremento
de temperatura; en los ecosistemas de tipo Mediterráneo por la disminución de lluvias; en aquellos bosques pluviales
tropicales donde se reduzca la precipitación; en los ecosistemas costeros como manglares y marismas por diversos
factores.
– Pérdida de especies
• Riesgo de extinción en masa (disminución del número de especies en un lapso relativamente corto).
• Se estima que en los últimos 540 M.A. se han presentado más de cinco y menos de 20 eventos.

Todos los géneros
Géneros bien definidos

Miles de géneros
“Cinco grandes” extinciones en masa
Otras extinciones en masa

Millones de años

Otros Impactos del Cambio Climático

Sobre Recursos Financieros y Económicos
• Recursos públicos limitados que difícilmente podrán mitigar los efectos (por
ejemplo, construcción y reparación de infraestructura: represas, puertos,
centrales eléctricas, vías, etc.).
• Aumento de la fragilidad de sistemas productivos
– Pérdidas de cultivos
• Crisis financieras

http://www.blogcurioso.com/wp-content/uploads/2008/11/teremoto1.jpg Sobre la sociedad
• Problemas sociales: Migraciones a gran escala, competencia irracional
por recursos
• Problemas de salud pública: propagación más rápida y extensa de
enfermedades (infecciosas, desnutrición, ceguera, etc.)

Sobre la Seguridad Nacional
• Actuará como multiplicador de amenazas
• Aumento de la frecuencia e intensidad de desastres naturales (sequías,
incendios forestales, tormentas tropicales) con efecto humanitario y
http://audioblogs.cienradios.com.ar/mirol/archives/Pobreza.jpg
económico.
• Aumento de los desplazamientos humanos tanto nacionales como
internacionales por escasez de alimentos y de agua.
• Alta demanda para operaciones de respuesta a emergencias.
• Tensiones internacionales.
• Generación de condiciones que facilitan actividades ilegales, agravando el
crimen y la violencia.
http://www.indaga.net/noticiascomunitat/images/incendios-forestales-comunitat.jpg

Impactos de la agricultura sobre el cambio
climático

•La agricultura intensiva actual contribuye al cambio
climático:

- Responsable del 26% de las emisiones del CO2 del mundo
- Responsable del 80% de la emisión de óxido nitroso debido a la
utilización de fertilizantes nitrogenados.
- Responsable del cambio de la vocación “natural” del suelo
(bosques, selvas, praderas, etc.).
- Fomenta la deforestación (Indonesia, Brasil)
– Uso del fuego como práctica en algunas regiones.
– Impacto del monocultivo sobre la biodiversidad (soya, maíz, etc.).

http://www.galeriacolombia.com/userfiles/GUser/jorge_enriqu/org/caminando_1.jpg

“En los próximos 50 años necesitaremos producir una cantidad de alimentos equivalente a la que
ha sido consumida en toda la historia de la humanidad”
Megan Clark, CSIRO - Australia

Impactos del cambio climático sobre la
agricultura

•Disminución de áreas para cultivo.
– Crecientes, inundaciones, avalanchas.
– Sequías, aridificación, erosión del suelo.
•Cambios inesperados en los períodos de siembra y
cosecha.
•Efecto sobre la fisiología de los cultivos.
– Incremento de fase vegetativa.
http://fundacion-magdalena.gov.co – Crecimiento rápido de malezas.
•Alteraciones en dinámica de plagas y enfermedades.
•Incremento de costos de labores.
– Adecuación de tierras, sistemas de riego y drenaje.
– Fertilización.
– Control de malezas, plagas y enfermedades.
http://www.elhogarnatural.com http://www.engormix.com
•Cambios en la productividad.
– Agricultura protegida (Caribe).
– Eventuales incrementos en algunas especies.
– Disminución en cultivos exigentes en agua y temperatura.
•Des-incentiva la inversión y el trabajo en el campo.
– Dificultad en la consecución de créditos a pequeños agricultores.
• Más costoso y mayor riesgo.

http://www.fedepalma.org

Impactos Ganadería y Cambio Climático (CC)

Impactos de:
La ganadería sobre el CC El CC sobre la ganadería
Responsable de deforestación, Disminución de áreas de pastoreo
compactación y erosión de suelos - Disminución de productividad
Alteración de disponibilidad y calidad Disminución de fuentes de agua
del agua. - Efecto sobre producción de leche
- Contaminación por excretas y residuos - Mortandad de crías
de sacrificio
Emisión de GEI* (CH4, CO2) Estrés fisiológico
- Uso del fuego como práctica cultural - Cambios en comportamiento
- 37% de las emisiones del metano
Disminución de la biodiversidad Presencia de enfermedades
• Por cada kilo de alimentación, cada vaca emite entre 15 y 25 g
(dependiendo del tipo de alimentación).
• Las emisiones de CH4 de la vacas dependen de la composición de la
grasa de la leche.

Ciencia, Tecnología, Innovación, Desarrollo &
Institucionalidad

Conocimiento
tradicional

Recurso Tecnología
Intangible Innovación
(Conocimiento)

Desarrollo
Investigación Impactos
Ciencia Aplicada Económico
Industrias y Social
Investigación Mercados Ambiental
Básica

Recursos
Naturaleza Necesidades
tangibles

17
Rocha, 2009

Apoyo a las
juntas de Calificaciones
comercialización
Necesidades de
Apoyo a la renta
capacitación
Formación
Soporte para Producción Promoción de
Cobertura conducente
empaque, por contrato servicios de
a titulación Re-formación
transporte y Comercialización consultoría
Profesional
almacenamiento
Almacenamiento
Seguro al Acceso a Manejo de recurso Ayuda
Programas de humano

Políticas Públicas
asistencia a ingreso mercados Disponibilidad y reglamentaria
Fluctuaciones/
catástrofes Productos, Insumos habilidades Cumplimiento de
Producción

Diversificación leyes y normas del
Infraestructura de producción Causas naturales Normatividad mercado Concertación/

Soberanía sobre
Pérdidas relacionadas Campesino Programas de Comunicación
Conservación y uso soporte
recursos Seguro de de recursos genéticos / Productor Independencia
genéticos cosecha Conversaciones financiera
Seguridad internacionales Condicionalidad
Cubrimiento de medidas
Disponibilidad Bioseguridad
ex ante Prácticas Flujo de Activos ambientales
y costo del
agrícolas y caja Cabildeo
Seguridad capital
mejoramiento
Sistema de Apoyo a
Investigación y Información Uso Aseguramiento organizaciones
asesoramiento Financiera razonable Ahorros general de productores
Ingresos
agronómico del crédito externos
Vinculo Capacitación e
Seguros/Finanzas información en
administración
Incremento en la Herramientas
disponibilidad de Incentivos administrativas
crédito al ahorro

Finanzas
Preocupación del productor
Posiblemente para que el productor tome acción
Adaptado de: Financiere Agricole du Quebec- 18
Developpement international (2009) Posiblemente para que el gobierno tome acción

Políticas Públicas
Producción

Campesino
Conservación y uso
de recursos genéticos / Productor
Bioseguridad
Prácticas
agrícolas y
mejoramiento

Investigación y
asesoramiento
agronómico

Finanzas
Preocupación del productor
Posiblemente para que el productor tome acción
Fuente: Financiere Agricole du Quebec-
Developpement international (2009) Posiblemente para que el gobierno tome acción

Ciencia, Tecnología, Innovación, Desarrollo &
Institucionalidad

Conocimiento
tradicional Institucionalidad

Recurso Tecnología
Intangible Innovación
(Conocimiento)

Desarrollo
Investigación Impactos
Ciencia Aplicada Económico
Industrias y Social
Investigación Mercados Ambiental
Básica

Recursos
Naturaleza Necesidades
tangibles

20
Rocha, 2009

Institucionalidad del Sector Agrícola en ALC

Mejorar el nivel de la agricultura
Responder a retos actuales

Nuevas soluciones Metodologías Personal Fortalecimiento Instrumentos
tecnológicas disponibles capacitado institucional de política

Internacional Hemisférico Regional Nacional

Ministerios, Programas
FAO, GFAR, GCAR, CAC, Fontagro, Nacionales Sectoriales,
Mecanismos CGIAR, Embajadas IICA Foragro, Redes, Universidades, INTAs, Redes,
(Agregados agrícolas) SICTA Plataformas, Gremios,
Asociaciones

Foros
internacionales
Codex, PCB (COP), UPOV, TIRF, IPCC, etc.

21

Acciones para mitigación y adaptación al cambio
climático sobre la agricultura

• Técnico
– Desarrollo de materiales con alta plasticidad, tolerantes a sequía, a plagas y
enfermedades, de alta eficiencia fotosintética, adaptados a mayores
densidades de siembra.
– Utilización de tecnología transgénica.
– Utilización de agricultura limpia.
– Uso generalizado de agricultura de precisión.
– Mejora de tecnologías de invernaderos, riego, fertilización y desalinización.

• Productivo
– Fortalecimiento de los pequeños emprendimientos.
– Incremento de las inversiones en tecnología y manejo para los grandes
emprendimientos productivos.
– Desarrollo de mercados específicos.
http://www.enlineadirecta.info/fotos/campo2.jpg

• Financiero
– Fortalecimiento de los mercados de cobertura de riesgo con seguros.
– Fortalecimiento de los mercados de bonos de fijación de CO2.

• Energético
– Desarrollo de energías alternativas.

http://elproyectomatriz.files.wordpress.com

Cambio Climático – Agricultura - Tecnologías

Consecuencias sobre el Medidas de CT&I para mitigación y adaptación –
Efectos del CC
cultivo Precisión, Eficacia, Oportunidad

Disminución de Incremento en densidades de

Ingenierías: Agronómica, Civil, Mecánica, Electrónica, Sistemas –
áreas de cultivo (por siembra

mecanización, SIG, sensores remotos, observación satelital-

Biotecnología: Cultivo de Tejidos, Marcadores moleculares,
- Incremento en costos

Fitomejoramiento: Genética, Fisiología & Fitopatología
Biorreactores, Genómica, Bioinformática, Transgénesis
inundaciones,
(insumo tierra) Generación de materiales
sequías, vivienda,
etc.) “compactos”

- Incremento de costos
Mecanización eficiente
Adecuación de (insumos, mano de obra).
tierras - Posible aumento de Uso de métodos de adecuación
emisiones GEI eficientes
Generación de materiales tolerantes
a sequía
- Incremento en costos
(insumo agua, mano de Uso eficiente del agua (evaluación
Disponibilidad de de sistemas de riego)
obra)
agua dulce
Planes de conservación de cuencas
- Conflicto por uso de agua hídricas
Desalinización de agua marina
23
(Rocha, 2009)

NRA: Cambio Climático – Agricultura -
Tecnologías
Efectos del CC Consecuencias sobre el cultivo Medidas de CT&I para mitigación y adaptación – Precisión,
Eficacia, Oportunidad

- Aumento de costos de

Ingenierías: Agronómica, Civil, Mecánica, Electrónica, Sistemas – mecanización,
producción (insumos, semillas, Implementación eficiente de Tecnificación

Biotecnología: Cultivo de Tejidos, Marcadores moleculares, Biorreactores,
mano de obra)
- Alteraciones fisiológicas Conocimiento riguroso de materiales

Fitomejoramiento: Genética, Fisiología & Fitopatología
Alteración de (floración, polinización,
Generación de nuevos materiales (mayor

SIG, sensores remotos, observación satelital-
condiciones crecimiento vegetativo,

Genómica, Bioinformática, Transgénesis
eficiencia fotosintética)
medioambientales: fructificación, contenido y
humedad, luz (calidad calidad de metabolitos) Uso de agricultura de precisión y SIG
y cantidad),
Establecimiento de bancos de
precipitación, vientos, - Pérdidas de biodiversidad
germoplasma
temperatura.
Generación de materiales tolerantes o
- Aumento de plagas y resistentes
enfermedades conocidas y
aparición de nuevas Desarrollo de sistemas eficientes de
diagnóstico
Desarrollo de sistemas eficientes de
- Implementación obligatoria de
preparación de áreas, control de
Alteración de la calidad políticas de cero quemas.
enfermedades, erradicación, etc.
del aire (contenido de
CH4 y CO2) - Revaluación de sistemas
Desarrollo de sistemas mecanizados de
animales en labores de siembra
cosecha
y cosecha.
24
(Rocha, 2009)

Contendio


26

Hacia una Nueva Agricultura:
Escenario Mundial

• Político - Institucional • Social
– Intensificación de procesos de – Consumidores informados y exigentes.
globalización. – TIC, Internet, Redes sociales.
– Desestabilidad social y política. – Demandas crecientes en cantidad y
– Presencia de nuevas realidades calidad.
institucionales (vertical a horizontal). – Inseguridad alimentaria.

• Económico • Ambiental
– Crisis económicas profundas. – Cambio climático global.
– Nuevos líderes mundiales (CHN, IND, BRA). – Escasez de agua, suelo y recursos.
– ALC fortalecida. – Contaminación y deterioro ambiental.
– Nuevos esquemas de cooperación técnica. – Pérdida de biodiversidad.
– Cooperación internacional enfocada en – Catástrofes de mayor impacto.
África.

27

Nueva Revolución Agroalimentaria (NRA)

• Se está en un proceso de consolidación de un nuevo
paradigma tecnológico en la agricultura.
– Agricultura de redes interconectadas, de ADN y software, de
Tomado de: Carlos A. Nobre
territorios y clusters, de estándares y buenas prácticas, de
responsabilidad y flexibilidad.
– Lógica de diversidad vs. Lógica homogenizadora (paradoja).

• La NRA es una Revolución Nano-Info-Bio-Tecnológica y
Tomado de: Menzel (2007)
Organizacional con orientación a la innovación

• NRA basada en la precisión:
– En el manejo de los recursos productivos.
http://cursosmasters.com/master-biotecnologia/ – En el mejoramiento genético “dirigido”.
– En el consumo (nutrigenómica y alimentos inteligentes).
– En la gestión de la inocuidad y la calidad (envases interactivos).
– En la prevención y control de enfermedades de plantas y animales.
28

Nueva Revolución Agroalimentaria (NRA)

• Re-impulso de rendimientos. 1980-1990 2000-2009
– Debilitamiento del aumento de los rendimientos de 3,0% 1,6%
Maíz
los principales cultivos.
Trigo 3,3% 0,6%
• Nuevos productos: genéticamente modificados, Arroz 2,5% 0,8%
ingredientes funcionales y insumos de alto Fuente: Trejos, IICA 2011
valor.

• Producir más y mejores alimentos y productos Año Toneladas /ha Tipo de cultivo

no alimentarios 1900 1,5 Tradicional
– Generando menos GEI. 1940 3,5 Híbridos
– Usando más eficientemente el agua. 1975 6 Revolución
– Ocupando la misma superficie de tierra. Verde
– Respondiendo a nuevos estrés bióticos y abióticos. 2010 12 Transgénicos
– Sometidos a una mayor vigilancia de la sociedad en
cuanto a las formas de producción. 2020 42 ó más Transgénicos
apilados

Fuente: Rocha 2009, basado en información de Pioneer.
29

Nueva Revolución Agroalimetaria:
Cambio del Paradigma del Desarrollo Tecnológico Agrícola

Aspecto Revolución Verde Nueva Revolución Agrícola
Concepto central Investigación Innovación
Objetivo principal de la Aumento de rendimientos y Aumento de rendimientos,
investigación / innovación resistencia a plagas y mejoramiento de la calidad de los
enfermedades productos y mejor uso de los recursos
naturales
Institucionalidad Sistemas Nacionales de Sistemas Nacionales de Innovación
Investigación Agrícola Agroalimentario
Reguladores
Enfoque Centrado en la oferta y en la Centrado en la demanda de las
producción primaria empresas y en innovaciones a lo largo
de toda la cadena
Actores principales de la Instituciones públicas Empresas privadas
investigación / innovación
Bienes de la investigación/ Bienes públicos Crecientemente bienes privados y
innovación bienes club
Propiedad intelectual Sin importancia Cada vez más central
Tecnología principal Mejoramiento genético Biotecnología, TICs y nanotecnología
convencional
30
Basado en: Arturo Barrera (2011)

NRA: Cambio del Paradigma del Desarrollo
Tecnológico Agrícola

Aspecto Revolución Verde Nueva Revolución Agrícola
Tipo de conocimiento Explícito Explícito y tácito. Creciente relevancia
relevante de la gestión del conocimiento
Características de la Intensificación de la Diversas trayectorias y modelos.
modernización agrícola racionalidad costo – beneficio Mejora continua y buenas prácticas
y del uso de insumos químicos agrícolas
Tipo de insumos Crecientemente químicos Crecientemente biológicos.
Importancia de la biodiversidad
Medición de desempeño Producción / hectárea Múltiple: Producción / unidad de
agua; componente activo/ hectárea;
huella de carbono e hídrica
Recurso fundamental Suelo Agua
Tipo de extensión Por oferta: Experto entrega Por demanda: Experto y productor
información construyen las soluciones

31
Basado en: Arturo Barrera (2011)

Avances Tecnológicos

• Mecanización
• Agricultura de precisión.
– Sistemas de riego y drenaje.
• Desalinización de agua.
http://www.techmek.com/en/products/ – Israel (2009): 0,55 USD/m3
• Agricultura protegida.
• Nanotecnología
• Biotecnología
http://www.territorioscuola.com/wikipedia/e
– Acelerar la floración de una planta superior con genes de algas
s.wikipedia.php?title=Desalinizaci%C3%B3 (Valverde, F. & Romero J.M., 2012)
– Leguminosas permiten por sí misma la entrada de las bacterias
nitrificantes. PNAS, 2011
– Identificación del ozono como potente gas para desinfectar suelos.
– Manejo del “reloj molecular” de la maduración.
– Descubrimiento de la adaptación fisiológica de la cebada al cambio
climático.
– Análisis sensorial para determinar preferencias de consumo.
32
http://www.littauharvester.com/products.php

Contendio

– Humanidad, Innovación, Institucionalidad y Agricultura

33

Biotecnología

“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” (CDB, 1992).

• Usa organismos vivos o técnicas moleculares y
celulares para proveer de sustancias, alimentos y
servicios que suplan las necesidades humanas.

Estos son procesos biotecnológicos…

Uso de hongos y bacterias Mejoramiento genético de especies vegetales por
en la producción de quesos medio de selección y cruzamiento (agricultura)
Uso de levaduras en
la producción de pan

Uso de predadores naturales Uso de plantas con propiedades Uso de abejas para recolectar miel
en el control de plagas medicinales (apicultura)

Uso de microorganismos para Uso de bacterias para Uso de levaduras para fermentación
degradar materia orgánica fermentación láctica (yogurt) alcohólica (cerveza o vino)
(compost)

….y estos también!

Bioreactores (Uso de celulas
Tecnologías de ADN individuales a modo de “fábricas”
Nanobiotecnología
de compuestos)

Cultivo de tejidos vegetales en Cultivo de tejidos animales en
investigación o producción masiva aplicación médica e investigación
Reproducción asistida
de plantas

Cultivos de piel

Producción de vacunas y otros tipos
de medicamentos

Clasificación de la Biotecnología por Subsectores
de Actividad

Biotecnología - Descubrimiento / desarrollo de fármacos
Roja (salud - Diagnóstico
humana y animal) - Productos terapéuticos
- Fabricación de fármacos
- Salud animal
Biotecnología - Biomateriales
Blanca - Bioprocesos
(industria y -Química fina
medio ambiente)
- Medio ambiente
- Biorremediación
- Biocombustibles
Biotecnología - Agroindustrial
Verde (agrícola - Industria alimentaria
y medio - Acuicultura
ambiente)

Sistemas productivos sostenibles Propósito
(social, económico, ambiental)

Interacción
Decisión política Implementación de políticas Elección del agricultor institucional

Biotecnología: Bioseguridad: Biotecnología:
IICA no está a
mucho más que Expresión de la complemento y
favor o en contra Postulados
transgénesis soberanía de los fundamento de
de una tecnología IICA
países frente a la las diversas
“Ómicas”: Genómica, particular
Proteómica, Metabolómica biotecnología formas de
Bio- (transgénica) agricultura
Transgénesis
informática Tecnologías
limpias
Radio- Marcadores
actividad moleculares limpia transgénica
Tecnología Tecnología No
Aceptación
nuclear transgénica Aceptación
Fermentación Bio-reactor convencional orgánica
Tecnologías
Cultivo in Basada en conocimiento
Hibridación convencionales
vitro tradicional

Conocimiento científicamente validado y tecnologías disponibles Innovación
tecnológica
Otras disciplinas: Ingenierías Derecho Economía Estadística Informática Comunicación
Base científica
Biología celular Fisiología y técnica
Ciencias biológicas: y molecular
Genética Bioquímica Ecología
vegetal
Microbiología

Rocha, 2011. ComunIICA 8(Enero-Julio):23-31 39

(Biotecnología ) Biofertilización
(compost)
Control
Fermentación biológico
Crioconservación
Bioreactores
Biocontrol
(productos
naturales)
Biocombustibles
Generación Cultivo Regeneración
de haploides in vitro

Transgénesis Metabolómica

Clonación /
Inducción Limpieza
Micro-
de variación biológica
propagación Proteómica
somaclonal
Transcriptómica

Hibridación
-Fitomejoramiento-
Genómica “Ómicas”
Inducción de
mutaciones

Marcadores
Radioisótopos Moleculares
y Radiación Tipo I: isoenzimas, RFLP,
Tipo II: Basados en PCR (RAPD,
AFLP, SSR) Bioinformática
Tipo III. Basados en secuenciación
(SNP, SSCP)
Técnica de
insecto Estéril 40

Biotecnología animal
Inseminación
artificial

Fertilización Reproducción
in vitro asistida
Transferencia
de embriones
Clonación

Mejoramiento Cultivo in
genético Transgénesis
vitro

Transcriptómica
Bioinformática

Marcadores
Moleculares Genómica “Ómicas”

Diagnóstico de
Tipo I: isoenzimas, RFLP, enfermedades Proteómica
Tipo II: Basados en PCR (RAPD, Inmunodiagnóstico
AFLP, SSR)
Tipo III. Basados en Metabolómica
secuenciación (SNP, SSCP) Vacunas

41

Sistemas productivos sostenibles Propósito
(social, económico, ambiental)

Interacción
Decisión política Implementación de políticas Elección del agricultor institucional

Biotecnología: Bioseguridad: Biotecnología:
IICA no está a
mucho más que Expresión de la complemento y
favor o en contra Postulados
transgénesis soberanía de los fundamento de
de una tecnología IICA
países frente a la las diversas
“Ómicas”: Genómica, particular
Proteómica, Metabolómica biotecnología formas de
Bio- (transgénica) agricultura
Transgénesis
informática Tecnologías
limpias
Radio- Marcadores
actividad moleculares limpia transgénica
Tecnología Tecnología No
Aceptación
nuclear transgénica Aceptación
Fermentación Bio-reactor convencional orgánica
Tecnologías
Cultivo in Basada en conocimiento
Hibridación convencionales
vitro tradicional

Conocimiento científicamente validado y tecnologías disponibles Innovación
tecnológica
Otras disciplinas: Ingenierías Derecho Economía Estadística Informática Comunicación
Base científica
Biología celular Fisiología y técnica
Ciencias biológicas: y molecular
Genética Bioquímica Ecología
vegetal
Microbiología

Rocha, 2011. ComunIICA 8(Enero-Julio):23-31 42

Contendio

– Humanidad, Innovación, Institucionalidad y Agricultura

43

Cultivo in vitro de Células y Tejidos Vegetales

• Se han consolidado las técnicas tradicionales.
– Limpieza/desinfección de tejidos
– Embriogénesis somática
– Micropropagación clonal/Regeneración
– Cultivo de anteras
– Criopreservación
– Rescate de embriones

• Herramienta fundamental de investigación agrícola
básica y aplicada.
– Pre-transgénesis
– Pre-reactores

• Todas las especies que sustentan la alimentación de la
humanidad han sido objeto de cultivo in vitro.
• Aportes importantes en conservación de diversidad.
44

Cultivo in vitro de Células y Tejidos Vegetales

El ser vivo multicelular y viable más antiguo reportado
– Planta completa de Silene stenophylla Ledeb. (Caryophyllaceae) regenerada de tejido placental
(maternal) de frutos inmaduros.
• Frutos provenientes de permafrost (38m)
• Datación C14: 31.800 ± 300 años (Pleistoceno tardío).

Fuente: Yashina, S. et al. 2012. Regeneration of whole fertile plants from 30,000-y-old fruit tissue buried in Siberian 45
permafrost. PNAS 10.1073/pnas.1118386109

Contendio


46

Transgénesis

• Ingeniería Genética, Biología Molecular o Tecnología
del ADN Recombinante, Biotecnología Moderna,
Modificación Genética Directa, Transformación
genética. Planta Animal
– USA: Biotecnología = Transformación Genética.

• Modo de hacer modificación genética de cualquier
especie biológica.

• Organismos modificados genéticamente (OMG) u
organismos transgénicos. Bacteria Virus

• Tecnología de mayor adopción y discusión en la
agricultura.

• Introdujo el tema y las acciones de BIOSEGURIDAD.

47

Plantas GM

¿Qué son? ¿Qué NO son?
• Son plantas modificadas a nivel de • A nivel biológico, no son “plantas
su ADN mediante la inserción de un imperfectas”.
ADN foráneo.
• A nivel económico, no son “plantas
• Son plantas que se diferencian de su perfectas”.
equivalente no transgénico – Una planta Round up Ready es
solamente en la expresión del gen resistente a un herbicida, pero esa única
insertado. modificación no le confiere resistencia a
insectos ni a virus, ni la hace tolerante a
sequía, frío, salinidad del suelo, etc.
• Son una alternativa para lograr lo
que de manera natural jamás se
hubiera logrado (v.g. arroz dorado). • No son plantas peligrosas.
– No generan cáncer ni enfermedades.
– No están acabando con el ambiente.

48

Bioseguridad
Biosafety ≠ Biosecurity
Bioseguridad (Biosafety)
• Prevención de la pérdida a gran escala de la integridad biológica
• Se enfoca en la ecología y la salud humana
– En ecología: se refiere a las formas de vida importadas más allá de los límites de las eco-
regiones
– En agricultura: la reducción del riesgo de introducción de virus o transgenes.
– En medicina: Se refiere a órganos y tejidos de origen biológico o productos de terapia genética y
virus para cuyo manejo se debe cumplir con protocolos de contención de laboratorio (medidos
como 1, 2, 3 y 4, en orden creciente de peligro).
– En química: v.g. nitratos en el agua, químicos que afectan la fertilidad, pesticidas, etc.
– En exobiología: v.g. la política de la NASA para contener microbios extraterrestres que pudiera
estar presentes en muestras del espacio – bioseguridad nivel 5.

Bioseguridad (Biosecurity)
– Concepto que se enfoca en dar respuesta a amenazas hipotéticas (guerra biológica,
bioterrorismo, etc.) para lo cual las medidas de bioseguridad son insuficientes.
49

Bioseguridad

• Convenio sobre la Diversidad Biológica (1992).

• Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del CDB (2000).
– En principio , trata de la definición agrícola, pero algunos grupos buscan que se expanda para
incluir riesgos post-genéticos: nuevas moléculas, formas de vida artificial, robots que puedan
competir directamente con la cadena natural de alimentos, nanobiotecnología, etc.

• Protocolo Suplementario Nagoya – Kuala Lumpur sobre Responsabilidad y
Compensación al Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad (2010).

50

Avances en Bioseguridad para ALC

Empresa
Formularios
Documentación
Pagos

Técnico
CTNBio (Biológico y
Ambiental)
Evaluaciones
Investigación Análisis de riesgo BIO-
Expertos SEGURIDAD

Expedientes
Político
Económico (Social,
Ambiental)
Conceptos

SI
Ministro
Implementación
Resolución de
aprobación

51

Bioseguridad en ALC

NABI
(Canadá, EEUU,
México)

CCB&B CARICOM
(Belize, Costa Rica, El
Salvador, Guatemala,
R. ANDINA
Honduras, Nicaragua, (Bolivia, Colombia, Ecuador,
Panamá) Perú, Venezuela)

G5-CAS
(Argentina, Brasil, Chile,
Paraguay, Uruguay)

http://www.zonu.com/fullsize/2009-09-17-3/Mapa-de-America.html

Contendio


53

Área Global de Cultivos Transgénicos en 2011
Área (Millones de ha)

Basado en: James, C. 2011. Executive summary. Global status 54
of commercialized biotech/GM crops:2011. Brief 43.

Países con Cultivos Transgénicos en 2011
- América (140Mha = 87,5%)
- CAN, MEX, USA (79,6Mha = 49,75%)
- Cono Sur (60,4Mha = 37,75%)

50 47%
40 32%
30
20 15%
10 5%
0
Soja Maíz Algodón Colza

26%

59%
15%

TH RI Apilados

55
Fuente: James, C. 2011. Executive summary. Global status of commercialized biotech/GM crops:2011. Brief 43.

Estado Agricultura Transgénica en 2011

• Costo estimado de descubrimiento, desarrollo
y autorización de un nuevo evento: 136 M
USD y 13,1 años. (McDougall, 2011) -– Y el de un 140 136

agroquímico 256 M USD y 9,8 años (McDougall,
2010) - 120
• Costo reportado para evento en Brasil: 3,5 M
USD y 10 años. (Fuente: Francisco Aragao, Embrapa). 100

Millones USD
180 80
160
160
60
140
Millardos USD

120 40

100
20
80
3,5
60 0
GM-Priv GM-BRA
40
20 13,2
0,136 0,0035 Basado en:
0 - James, C. 2011. Executive summary. Global status of commercialized biotech/GM
crops:2011. Brief 43.
- McDougall, P. 2011. The cost and times involved in the discovery, development and
56
authorisation of a new plant biotechnology derived trait. A consultancy study for Crop
Life International.

Aporte de los OGM a la adaptación al cambio climático

En la actualidad, los paquetes tecnológicos basados en siembra directa y uso de semillas
GM son una herramienta importante de la adaptación al cc.

Hechos: GM es una tecnología limpia
– Optimiza el uso del suelo (>producción/área).
• Conserva biodiversidad (menor incorporación de áreas no agrícolas y freno a deforestación).
– Reduce la huella ecológica de la agricultura (ISAAA, 2011).
• Reduce el número de plaguicidas y de fertilizantes basados en N (caso soya y fríjol).
• Ahorra combustible y disminuye emisiones de CO2 , (en 2009, retirados 18 Mton CO2 u 8M de carros).
• Tolerancia a la sequía.
– Conserva el suelo y la humedad.
– Utiliza bioinsumos.
• Leguminosas (soya y fríjol) aceptan la incorporación de cepas de bacterias nitrificantes altamente
eficientes.
– Coexiste la agricultura convencional y la transgénica.

Potencial: Uso de la biodiversidad para identificar genes que confieran mayor tolerancia
a sequía, a salinidad, a mejor absorción de nutrientes y mayor eficiencia fotosintética.

57

Bases técnicas de la tolerancia a la sequía

• “Resistencia” a sequía: Habilidad de una planta o un cultivo de elaborar su producto
con una pérdida mínima (o incluso produciendo más) en un ambiente de déficit
hídrico.

• La tolerancia a la sequía es una característica compleja en la que están implicados
alrededor de 60 genes (ACB, 2007) y cuya expresión depende de la interacción de
diversos caracteres (Mitra, 2001):
– Morfológicos (precocidad, área foliar reducida, enrollamiento de la lámina foliar, contenido de
cera, aristas, sistema de raíces, macollaje reducido, estabilidad de la producción)
– Fisiológicos (transpiración reducida, alta eficiencia en el uso del agua, cierre estomatal y ajuste
osmótico).
– Bioquímicos: acumulación de prolina, poliaminas, trehalosa; incremento de la actividad nitrato
reductasa e incremento de almacenamiento de carbohidratos).

• La complejidad de la característica hace que el fitomejoramiento tradicional haya
obtenido avances limitados.

• Pérdida de hasta 60% de la cosecha de soja y maíz (campaña 2011-2012) en países del
cono sur.

58

OGM y tolerancia a la sequía

• Se han identificado cientos de genes inducidos por el estrés hídrico en varias especies
y se han generado plantas GM.
– Por introducción de genes involucrados en la biosíntesis de osmolitos:
• Prolina (P5CS, Kavi et al., 1995), glicinbetaína (betA y betB), fructano (SacB), manitol-inositol (MT1),
trehalosa (TPS1).
– Genes regulatorios:
• Zn finger proteins, NAC TF DREB-factor

• Gen H4HB4: TF de girasol que fue usado en soja, papa, maíz, etc. y resultó en
tolerancia a sequía, salinidad y aumento de productividad (Huang et al., 2010, patente
USA: 7,786,354 B2, Argentina).

• Pérdida de la función de subunidad ERA1 de la Farnesil Transfereasa genera fenotipo
hipersensible al ABA, en consecuencia, tolerancia a sequía.
– Maíz MON-87460 (APHIS, 2011) con rendimientos de 4,4 - 8,2 ton/ha a 4,8 – 8,8 ton/ha
(Monsanto-BASF, 2008).
– Trigo GM produce 20% más que sus equivalentes (Australia).

59

Contendio


60

Estado Cultivos Orgánicos en 2010

• 37 Mha con agricultura orgánica (AO),
incluidas áreas en conversión.
– 0,9% de la tierra dedicada a la agricultura
acoge AO.

• Alrededor de 1,6 millones de productores y
80% de ellos en países en vías de desarrollo
– Los países con más productores son India
(400.551), Uganda (188.625) y Mexico
(128.862).

• Líderes
– Oceania (12,1 Mha), Europa (10 Mha) y
América Latina (8,4 Mha).
– Los países con mayores áreas dedicadas a AO
son Australia, Argentina y USA.

Fuente: Willer, H.; Kilcher, L (Eds.), 2012. The World of Organic
Agriculture - Statistics and Emerging Trends 2012. Research Institute of
Organic Agriculture (FiBL), Frick, and International Federation of Organic
Agriculture Movements (IFOAM), Bonn 61

Estado Cultivos Orgánicos en 2010

• Cultivos
– Anuales: cereales (2,5 Mha), oleaginosas (0,47
Mha), proteoginosas (0,3 Mha) y hortalizas (0,27
Mha),
– Cultivos permanentes: café (0,64 Mha), olivos (0,5
Mha), cacao (0,29 Mha), nueces (0,26 Mha), uvas
(0,22 Mha) y frutas tropicales y subtropicales (0,19
Mha).
– No hay detalles sobre plantas medicinales y
aromáticas.
• Valor mercado 2010: 59.100 M USD
• Técnicas empleadas
– Manejo Integrado de Plagas y Enfermedades.
– Control biológico – Bioinsumos.
– Fermentación
– Reciclaje de materia orgánica
• Biogás, biofertilizantes (compostaje).
• Manual del Biogás

Fuente: Willer, H.; Kilcher, L (Eds.), 2012. The World of Organic Agriculture - Statistics and Emerging Trends 2012. Research
Institute of Organic Agriculture (FiBL), Frick, and International Federation of Organic Agriculture Movements (IFOAM), Bonn 62

Estado Cultivos Orgánicos 1985-2010

Fuente: Willer, H.; Kilcher, L (Eds.), 2012. The World of Organic Agriculture - Statistics and Emerging Trends 2012. Research 63
Institute of Organic Agriculture (FiBL), Frick, and International Federation of Organic Agriculture Movements (IFOAM), Bonn

Contendio


64

Marcadores Moleculares

AFLP

RAPD
RFLP
Microsatélites

Derivados de PCR 65

Avances en Marcadores Moleculares

• Usos de MM:
– Selección asistida y mapeo de genes
• Mecanismo de acción de gen DIO3 (aumenta tamaño
de la camada de lechones y fertilidad de la cerda) Coster et
al. (2012) The Imprinted Gene DIO3 Is a Candidate Gene for Litter Size in Pigs. PLoS ONE 7(2): e31825.

– Caracterización de biodiversidad
• 21% de las 8.000 razas ganaderas están en peligro de
extinción.
• Plan de acción mundial de recursos zoogenéticos (FAO).
– Determinación de relaciones de parentesco
– Diagnóstico de enfermedades
• “El valor añadido estará en el diagnóstico y no en el
fármaco” Steven Burril (BIOCAT, 2001).
– Virus de Schmallemberg (caracterizado en Nov. 2011, Alemania)
– MM para el Síndrome Reproductivo y Respiratorio Porcino (PRRS).
– MM y cambio climático
• Identificación de mm asociados con mejor digestión de
pastos en rumiantes.
• Estadística

66
Rocha et al., 2007 Rev. UDCA 19(2):51-63

Biotecnología Animal y Mitigación

• Toro Azul Belga (Belgium Blue Bull).

• Demuestra el efecto de el bloqueo del
factor anticrecimiento myostatina.
 Una mutación genética natural
 Desactiva las dos copias del gen que codifica para la
myostatina (permite el crecimiento del músculos).
 Efecto: no produce o produce una forma truncada e
inefectiva de myostatina
 La ausencia de myostatina también interfiere con la
deposición de grasa haciendo individuos
“doblemente musculados”, más fuertes y más
rápidos.

Fuente: Sweeney, L. 2004. Scientific American. July. p.62-69): Belgian Blue
Bull http://www.unp.co.in/f44/belgian-blue-bull-42664/#ixzz18DDevzEp

Contendio


68

Avances en Genómica, otras “ómicas” y bioinformática:
Secuenciación

http://www.nanoporetech.com/t
echnology/minion-a-miniaturised-
sensing-instrument

100- 250 pb 500 pb - 1 Kpb 5.000- 10.000 pb (5.000.000- 10.000.000 pb)x4
(15 días) (5 días) (2 días) (2 horas)
2,5 USD/base 0,5 USD/base 1.000M-100 M USD/genoma 1.000 USD/genoma

Al 13 de agosto de 2012
- Total de genomas: 17.446
- Genomas secuenciados : 3.454
- Proyectos en curso: 13.655 BIOINFORMÁTICA
- Metagenomas: 340
69
http://www.genomesonline.org

Genómica Funcional: Microarreglos

900
30x30

57.600
4x16x30x30

- Ejemplo de convergencia tecnológica
- Disminución de costos por punto de
información
- Nuevos métodos de análisis
- Reproducibilidad
14.400
16x30x30
- Creación de consorcios

70

Genómica y consorcios de investigación

425 autores
109 instituciones

71

Proteómica

BIOINFORMÁTICA

Expresión Proteómica Estructura 3D

Interacciones 72

Metabolómica

73
Kim, et al. 2011. NMR-based plant metabolomics: where do we stand, where do we go? Trends in Biotech. 29(6):267-275

Interacción de ómicas en Agricultura

Bioinformatics

Chen, N. et al. 2012. Metabolic network
reconstruction: advances in in silico
interpretation of analytical information. 74
Current opinion in biotech. 23(1): 77-82.

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