El genetista inglés Adam Rutherford explica que el desarrollo de una nueva tecnología describe desde su lanzamiento una línea ascendente hasta lo que se denomina «pico de expectativas sobredimensionadas», a partir del cual empieza a descender hasta el «abismo de la desilusión» momento en el que remonta (con mucha menos fuerza que la primera vez) la denominada «rampa de la consolidación» hasta que llega a la «meseta de productividad», en la que comienza a utilizarse y se estabiliza el entusiasmo por esta nueva técnica. Para Rutherford, CRISPR ya ha rebasado el pico de expectivas y ha comenzado a deslizarse cuesta abajo.
Arancha Martínez. Redacción.
Normalmente para explicar cómo funciona CRISPR se habla de unas “tijeras moleculares” capaces de cortar cualquier molécula de ADN. La principal ventaja frente a un transgénico es que puede modificar el ADN sin necesidad de insertar ADN extraño (de otro organismo). La cuestión es ¿un producto editado con CRISPR es un organismo genéticamente modificado tal y como lo entiende la legislación europea? Para el Tribunal de Justicia de la UE sí lo es y por tanto debe cumplir con la Directiva 2001/18 que regula el cultivo y comercialización de los OGMs. Sobre las consecuencias que de esta decisión se derivan trata este artículo.
CRISPR se engloba dentro de las Nuevas Técnicas de Reproducción Vegetal (junto con otras como ZFN o Talen) y es, en esencia, una herramienta con la que se puede borrar o silenciar un gen, corregirlo o introducir uno nuevo. Considerado por Science el avance científico del año 2015, es sin lugar a dudas más rápido, más preciso y más barato que cualquier otra técnica de reproducción vegetal conocida hasta ahora.
Tradicionalmente, los agricultores han seleccionado semillas de los frutos que tienen mejor color, sabor o que mayor resistencia han mostrado a enfermedades o a la sequía para sembrarlas al año siguiente. Pero solo cuando estas plantas crecen y se desarrollan se puede ver si incorporan las características deseadas.
En los años 20 se descubrió que por inducción química y radiación se podían modificar algunas características de las plantas. Esto es una mutagénesis in vivo, y se caracteriza porque el resultado es aleatorio. Puede que se consiga inducir la mutación o puede que no.
Además, hasta el descubrimiento del ADN y la secuenciación del genoma todas estas modificaciones se hacían sobre la base de fenotipos (la expresión del gen en función de las condiciones externas).
Los transgénicos, ya en los años 80, incorporan un gen de otro organismo, ya sea de otra especie e incluso de otro reino, a fin de que desarrolle una característica concreta. El evento MON 810, el maíz transgénico resistente a taladro que se cultiva en la UE, incorpora un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis, que es de hecho un insecticida natural.
CRISPR ha superado incluso lo que los científicos ya denominan los “viejos transgénicos”, puesto que a diferencia de la transgénesis, la mutagénesis dirigida permite alterar el genoma de una especie viva sin insertar ADN extraño.
¿Cómo funciona Crispr-Cas?
La base para el desarrollo de CRISPR fue un artículo publicado en 1987 por unos científicos japoneses que, investigando el genoma de la bacteria E.coli, identificaron piezas idénticas de ADN que se repetían y que estaban separadas por otras secuencias de ADN también de idéntico tamaño pero no repetitivas. El acrónimo CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas) es el nombre de estas secuencias repetitivas presentes en el ADN. Posteriormente detectaron que junto a una región CRISPR se encuentra siempre un grupo de enzimas Cas.
En 2005 se descubre cómo algunas bacterias se defienden de infecciones víricas con unas enzimas (Cas) que son capaces de seleccionar una parte de ese ADN viral, modificarlo e integrarlo dentro de su ADN (en el conjunto de secuencias CRISPR), para poder inactivar ese virus en próximos encuentros bacteria-virus.
Partiendo de este hallazgo y sobre la base de la secuenciación genómica (y la identificación de secuencias asociadas a rasgos o características de interés), Emmanuelle Charpentier (de la Universidad de Umeå) y Jennifer Doudna (de la Universidad de California, Berkeley) publican en 2012 un artículo en Science explicando cómo crear una herramienta de edición replicando el sistema inmune de las bacterias, es decir, que sea capaz de cortar cualquier cadena de ADN in vitro.
¿Cómo? Creando una molécula ARN que sirve de guía para una proteína (Cas 9), con la que se asocia hasta llevarla al lugar donde tiene que cortar la cadena de ADN. Esto conlleva la pérdida de la función original del segmento de ADN cortado y/o la activación de una función nueva. Así funciona CRISPR-Cas.
Aunque la técnica es cada vez más precisa, es cierto que dado que el genoma se compone de sucesiones de 4 letras (A -adenina-, C -citosina-, G -guanina- y T -timina-) es probable que una secuencia determinada (de 20 letras) se encuentre en más de un gen, de modo que CRISPR-Cas corte en un lugar equivocado.
Según uno de los mayores contribuidores al desarrollo de CRISPR, John van der Oost, microbiólogo de la Universidad de Wageningen (Holanda), cuyo grupo de investigación ha resuelto desde 2008 importantes principios del mecanismo de esta herramienta, se están realizando progresos a gran velocidad en lo que a la exactitud de la técnica de corte se refiere, trabajando con nuevas enzimas como Cas12 o CasX.
Van der Oost subraya que CRISPR tiene un potencial enorme para la producción vegetal, ofrece la oportunidad de seleccionar e implantar rasgos definidos que puedan dar respuesta incluso a necesidades regionales (adaptación a sequía, inmunización ante plagas y enfermedades, etc.) que nos permitirían además ahorrar en inputs esenciales de la producción agraria (fertilizantes, fitosanitarios, agua, energía).
“La ventaja que nos ofrece CRISPR es que podemos chequear cuál ha sido el resultado de la mutación ensayada y descartarla si el resultado no es el esperado. Es cierto que no podemos anticiparnos a cada problema que surja pero no podemos detener el avance de la tecnología solo por los efectos colaterales, tenemos que aprender a manejarlos”, apunta Louise O. Fresco, presidenta de la Universidad de Wageningen.
Un trigo apto para celíacos
Las aplicaciones de CRISPR son evidentes tanto para la salud como para la producción de alimentos. Aunque no es objeto de este reportaje, no podemos obviar el uso de CRISPR en embriones humanos, una cuestión altamente controvertida desde que se ha conocido el experimento realizado por el genetista He Jiankui con dos gemelas chinas a las que se les modificó un gen para hacerlas resistentes al virus del VIH.
La comunidad científica, que ha condenado de forma unánime este experimento (que se ha realizado prácticamente en secreto y sin el aval de ninguna institución), ha insistido, el pasado mes de marzo, en la necesidad de establecer una moratoria de al menos cinco años más antes de comenzar a realizar ensayos de edición genómica en óvulos, espermatozoides y embriones humanos.
Es evidente que la sociedad en mayor o menor medida es favorable al uso de tecnología que sirva para curar enfermedades que de otro modo no se podrían curar (como la fibrosis quística o la hemofilia). Sin embargo, el margen de incertidumbre que se abre con su uso en humanos es enorme porque “una vez que aceptemos que un embrión es un producto que podemos mejorar ¿dónde pararemos?”, se preguntaba el padre Joseph Tham, profesor de Bioética en el Pontificio Ateneo Regina Apostolorum (Italia) en el marco de CRISPRcon2019.
Tanto Tham como el comisario europeo de Salud y Seguridad Alimentaria, Vytenis Andriukaitis, que también participó en este congreso sobre CRISPR que ha acogido la Universidad de Wageningen el pasado mes de junio, coinciden en que en términos generales la opinión pública es menos favorable a la edición genética en el sector agroalimentario. Dicho de otro modo, somos más precavidos con lo que comemos, pero también es cierto que CRISPR abre un abanico de soluciones ante el consumidor nunca antes soñado.
Entre los trabajos que se están desarrollando con CRISPR/Cas 9 en reproducción vegetal uno de los más conocidos es un trigo con bajo contenido en gluten, con el que producir una harina que podrían consumir los celíacos (el 1%) y los sensibles al gluten (10% de la población mundial). Según explica Richard Visser, responsable de Reproducción Vegetal de la Universidad de Wageningen, el gluten es un conjunto de proteínas muy complejo, agrupadas en dos grupos, gliadinas y gluteninas, siendo las gliadinas las principales responsables de las intolerancias. A esto se suma el hecho de que el trigo proviene del cruce de muchas especies en el tiempo. Aurélie Jouanin ha obtenido su doctorado por un trabajo sobre la edición genómica con CRISPR-Cas para cambiar las propiedades inmunológicas del gluten.
Unos pasos por delante de los trabajos que están desarrollando Wageningen se encuentra un grupo de investigadores del Instituto de Agricultura Sostenible, perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IAS-CSIC) de Córdoba (España), con la colaboración de la Universidad de Minnesota (EE.UU) que, dirigidos por Francisco Barro, tiene la patente de un trigo de baja toxicidad para celíacos desarrollado con CRISPR/Cas 9.
El grupo, que empezó a trabajar con técnicas de edición genómica en 2012, ha conseguido secuenciar e identificar dentro del material genético del trigo los genes responsables del conjunto de proteínas más dañinas del gluten (las gliadinas), y con CRISPR/Cas 9 eliminar 35 de los 42 genes responsables de la celiaquía en dos variedades de trigo harinero (utilizado para fabricar pan) y en 29 de 43 en trigo duro (utilizado para fabricar pasta), suprimiendo el 78% de las gliadinas inmunogénicas en el caso del trigo harinero y el 67% en el trigo duro. “Estos resultados son de hace dos años, en 2019 hemos realizado importantes avances que aún tenemos que publicar”, comenta Barro.
Este es un buen ejemplo para explicar además cómo funciona la edición genómica. Podría parecer que basta con buscar un gen, encontrarlo y borrarlo, pero por ejemplo, en este caso, en primer lugar las gliadinas (concretamente α-gliadinas) se encuentran repartidas en muchos genes (en 6 cromosomas distintos), pero además no se puede eliminar todo el gluten del trigo, sino selectivamente aquellas proteínas relacionadas con las intolerancias, porque estas proteínas resultan fundamentales para las propiedades de la masa. De otro modo no parecería ni pan.
René Smulders, responsable de la Unidad de Negocio de Reproducción Vegetal de la Universidad de Wageningen, explica que en estos laboratorios se trabaja en múltiples cultivos pero, por su importancia económica para Holanda, los más relevantes son sobre resistencia a Phytophthora en patata (incorporando genes de patata salvaje) y resistencia a los virus transmitidos por la mosca blanca del tomate. Dentro de la dificultad que supone generalizar, Smulders dice que en lo que verdaderamente se tarda es en encontrar la secuencia de ADN a modificar, y habla de unos tres años, mientras que la edición con CRISPR, propiamente dicha, es mucho más rápida.
Otros proyectos que se están desarrollando en Wageningen son nuevas variedades de achicoria que contengan más fibra (inulina), un trigo resistente a un mildiu causado por Blumeria graminis o la inducción de florecimiento temprano en manzanos. Pero el repertorio mundial de investigaciones con CRISPR es enorme, según Natural Biotechnology (vol 37, junio 2019) actualmente existen más de 370 patentes solo en el ámbito agrario, en un ranking encabezado por China (259), a la que siguen EE.UU (61) y Europa (18).
Hay trabajos para lograr incrementos en la mejora del rendimiento de los cultivos (un grupo de científicos chinos está trabajando en arroz Índica acortando los tallos de la planta); una alimentación más saludable (unas patatas que reducen en un 60-70% su producción de acrilamida –un componente potencialmente cancerígeno– cuando se cocinan a altas temperaturas); aplicaciones industriales o centrados en el bienestar animal. En este último caso, cabe destacar el proyecto de Alison Van Eenennaam, coordinadora del programa NRSP-8 del Genoma del Ganado en el Departamento de Agricultura de EE.UU (USDA), de editar genómicamente vacas lecheras para que no desarrollen cuernos (y evitarles el proceso del descornado).
También se está trabajando con CRISPR para evitar la castración de cerdos (si no se castran no se puede comercializar su carne), o la destrucción de pollitos de un día (descartados por ser machos de modo que no pueden producir huevos ni van a crecer lo suficiente para producir carne. Solo como dato, en Alemania se destruyen 45 millones de pollitos al año). En el marco de CRISPRcon2019 se puso de relieve la conveniencia de que se creara una base de datos mundial (similar a la de ensayos clínicos en salud humana).
Tantos marcos regulatorios como países
Teniendo en cuenta que tanto las semillas como el material de propagación se transfieren por todo el mundo, para Visser es fundamental que se unifiquen las normas a nivel mundial y haya una definición unívoca de lo que es un organismo genéticamente modificado y de lo que no lo es. “De hecho CRISPR-Cas produce organismos genéticamente modificados pero deberían verse caso por caso, porque hay mutaciones que podrían haberse dado de forma natural, y de hecho en muchos casos son indetectables. En cambio si se crea algo nuevo, que no existe en el mercado, deberían hacerse tests”, añade.
Seis años después de este hallazgo científico hay ya tantas normas como países. Así, Canadá ha decidido que los productos obtenidos con CRISPR-Cas no tienen que estar regulados a no ser que el producto se identifique como una novedad. Varios países de América Latina –como Argentina, Brasil, Chile, Colombia, Paraguay y Honduras– han decidido evaluar caso por caso, considerando como un OGM de manera más o menos general solo los casos en los que se introduce ADN extraño. En esta misma línea se mueven Noruega o Japón, mientras que otros como Filipinas o Australia aún están decidiendo sobre su legislación.
En el caso de EE.UU, para poder comercializar una nueva variedad vegetal se debe presentar una solicitud ante el USDA. Son las denominadas Am I regulated letters. A la pregunta remitida por Yinong Yang, profesor de Patología Vegetal de la Universidad de Pennsylvania, sobre un champiñón (Agaricus bisporus) editado con CRISPR-Cas para que se conservase durante más tiempo, el USDA contestó que no era necesario cumplir con ningún requisito adicional regulatorio ya que no contiene ADN extraño. En este caso, CRISPR se utilizó para suprimir uno de los seis genes de polifenol oxidasa que lleva la enzima que causa esta oxidación del champiñón (y lo vuelve de color marrón), reduciendo la actividad de la enzima un 30%. Esta mejora (la prolongación de su vida comercial), dicho sea de paso, cumple con uno de los grandes objetivos de la FAO, reducir el desperdicio alimentario.
“Estados Unidos no considera que la inactivación de un gen de lugar a un organismo genéticamente modificado”, explica Diane Wray, senior Science Advisor en el Servicio de Agricultura Exterior del Departamento de Agricultura de EE.UU (USDA), porque de hecho “no hay forma de distinguir un organismo que ha sido modificado con CRISPR de un organismo que haya mutado de forma natural”.
En principio esta es la norma a seguir en reproducción vegetal, aunque está siendo revisada tanto por la FDA (Food and Drug Administration) como por la Agencia para la Protección del Medio Ambiente (EPA). En el caso de la producción animal aún no hay decisión del USDA.
Una Directiva de hace 20 años
Europa es el único punto rojo del mapa regulatorio. En julio de 2018 el Tribunal Superior de Justicia de la UE dictó una sentencia afirmando que los organismos obtenidos con nuevas técnicas de edición genómica como CRISPR se consideren transgénicos y la autorización de su cultivo y comercialización quede bajo la Directiva 2001/18 que regula los OGMs.
La sentencia establece además que la Directiva de los OGMs no se aplicará a los organismos obtenidos mediante determinadas técnicas de mutagénesis que han venido siendo utilizadas convencionalmente (refiriéndose a métodos convencionales de mutagénesis que se aplican in vivo a plantas enteras, como la radiación).
Para el Tribunal de Justicia de la UE “los riesgos que entraña la utilización de esas nuevas técnicas de mutagénesis (mutagénesis dirigida) podrían resultar similares a los derivados de la producción y de la difusión de OGMs mediante transgénesis, ya que la modificación directa del material genético de un organismo mediante mutagénesis permite obtener los mismos efectos que la introducción de un gen extraño en dicho organismo (transgénesis)”.
Para Van der Oost es un sinsentido considerar CRISPR como una técnica de riesgo. “El tomate salvaje tiene más de 1.000 millones de pares de bases. Con técnicas de reproducción vegetal convencionales y mutagénesis aleatoria se han modificado 1,5 millones de pares de bases, que es lo que se considera seguro, mientras que con CRISPR se han cambiado unos 30 pares de bases para bloquear 6 genes, y eso es lo que se considera un riesgo”, ironiza el microbiólogo.
En noviembre de 2018 el Grupo de Asesores Científicos de la Comisión Europea emitió una declaración sobre las implicaciones de dejar los productos derivados de la edición genómica al amparo de la Directiva sobre los OGMs. “En vista de la sentencia del Tribunal se hace evidente que la Directiva sobre los OGMs no es apta para legislar el nuevo conocimiento científico y la últimos desarrollos técnicos”.
Para este grupo de expertos la clave radica en lo que la Directiva considera “natural”. Así, la norma establece que un OGM es un organismo en el que el material genético ha sido alterado de una forma que no ocurre ni por un cruce o una recombinación natural”. Estos expertos explican que “las mutaciones ocurren de forma natural sin intervención humana. Surgen de forma espontánea durante la división de una célula o son provocadas por factores medioambientales como una luz ultravioleta o infecciones virales, y estas mutaciones pueden ser neutrales, peligrosas o capaces de conferir una ventaja competitiva al organismo”.
En la mutagénesis aleatoria es probable que, a pesar de todo, los productos finales seleccionados porten mutaciones adicionales cada una de las cuales puede ser considerada un “efecto no deseado”. “Sin embargo, la precisión de CRISPR-Cas produce menos efectos no deseados, de modo que los productos obtenidos con CRISPR-Cas son potencialmente más seguros”, explican.
El grupo de asesores incide además en que el producto debe ser valorado por sus características y no por cómo ha sido producido, porque si no se puede dar la paradoja de que dos productos idénticos deban cumplir requisitos legales diferentes. Una posición que comparte la Asociación Europea de Productores de Semillas (ESA).
De hecho dependiendo del tipo de mutación será difícil e incluso a veces imposible para las empresas que solicitan la autorización del producto, suministrar un método de detección de productos de edición genómica que cumpla con los requisitos regulatorios. De este modo va a ser muy difícil implementar y controlar las obligaciones sobre trazabilidad y etiquetado impuestas por la Directiva europea de OGMs para su comercialización, y lo será aún más cuando los países que han decidido no regular estos productos comiencen a exportarlos.
Por ejemplo, en EE.UU ya se encuentra a la venta en supermercados un aceite de soja alto oleico denominado Calyno desarrollado por una empresa que se llama Calyxt con Talen (otra de las nuevas técnicas de reproducción vegetal, también de edición genómica) que no ha sido considerado un OGM por el USDA. Entre otras ventajas, este aceite –que contiene hasta un 80% de ácido oleico, un 20% menos de ácidos grasos saturados y 0 g de grasas trans–, tiene una vida útil para freír alimentos hasta tres veces mayor que un aceite de soja convencional.
Si es OGM, ¿a qué precio?
A la dificultad de atravesar la complejísima burocracia europea, hay que añadirle además los costes. Lograr que un OGM cumpla con el proceso regulatorio de la UE cuesta entre 10 y 15 M€, de modo que son pocas las pymes capaces de iniciar este proceso (que además puede acabar en ninguna parte).
Según Diane Wray, si los productos desarrollados con CRISPR-Cas quedan calificados como OGMs se perderán muchas oportunidades porque solo las grandes multinacionales del sector agrícola podrán afrontar el coste del desarrollo y la autorización del mismo, y se seleccionarán mejoras genéticas solo de rasgos que puedan generar un alto retorno en la inversión, de modo que se centrarán en cultivos que ocupen grandes superficies (descartando otros cultivos como los hortofrutícolas, la ganadería o rasgos que tuvieran interés para los consumidores).
Una de las preocupaciones expresadas por los grupos ecologistas es el riesgo de pérdida de biodiversidad. Alfred Grand, agricultor ecológico, cree que estas nuevas variedades dominarán el mundo. Sin embargo “cuanto más regulada esté esta tecnología más posibilidad tendrán las principales compañías productoras de semillas y fitosanitarios (the big 4) de controlar el mercado”, explica Petra Jorasch, manager Plan Breeding & Innovation Advocacy de la Asociación Europea de Productores de Semillas (ESA).
Un buen ejemplo es Argentina, que ha optado por una evaluación caso por caso de los productos editados genómicamente, y solo considera OGM en principio lo que incluya ADN extraño. Los resultados preliminares de los primeros casos registrados revelan que se ha acelerado exponencialmente el desarrollo de estos productos editados genómicamente frente al de los clasificados como OGMs.
Además, mientras la investigación en OGMs se centraba en un 80% en oleaginosas y cereales, con las nuevas tecnologías de reproducción vegetal (NPBTs) se trabaja en muchos más cultivos, de modo que cereales y oleaginosas no representan más de un 45% de los cultivos objeto de investigación; pero sobre todo, las NPBTs suponen una oportunidad para las pymes que junto con la investigación pública copan el 50% del arco investigador cuando en los OGMs cerca del 90% de los productos aprobados eran de grandes multinacionales (en definitiva, las únicas con músculo financiero para soportar los procesos regulatorios).
Europa, el museo de la agricultura del pasado
El mercado europeo de semillas representa una cuarta parte del mercado mundial (valorado en 5.000 M€). Está formado por más de 7.000 compañías que dedican aproximadamente un 20% de su facturación a I+D. Cada año se registran en Europa 3.500 nuevas variedades.
Si clasificamos los productos obtenidos por edición genómica como OGMs, se producirá un éxodo de las empresas productoras de semillas europeas porque perderán competitividad y esto ocurrirá igualmente con la excelencia científica, se reducirá el porfolio de productos y tanto los agricultores europeos como los consumidores se encontrarán con una oferta más reducida donde elegir. “Si esta tendencia continúa podemos llegar a ser un museo de la agricultura del pasado”, alerta Vytenis Andriukaitis.
“Hasta ahora y gracias a los fungicidas hemos sido capaces de alimentar a 1.500 millones de personas ¿pero qué haremos cuando dejen de funcionar?”, apunta Thor Gunnar Kofoed, vicepresidente de la asociación danesa de agricultores y director del Grupo de Trabajo de Semillas del COPA-Cogeca. “Un hongo puede desarrollar una resistencia a una materia activa de un año para otro, y cuando ya no haya más materias activas por explorar ¿qué haremos entonces? Las NTPBs presentan una ventaja clara el desarrollo de variedades adaptadas a las necesidades de cada región, que serán resistentes a sequía, a enfermedades, que permitirán reducir el uso de abonos, fitosanitarios y agua. Y eso es lo que necesitamos los agricultores, soluciones para producir los alimentos que serán necesarios para alimentar al mundo”.
La posición de la Asociación Europea de Productores de Semillas es clara. Es necesario cambiar la norma. “Las leyes no son inmutables, se modifican para dar respuesta a nuevos retos a los que se enfrenta la sociedad”, explica Garlich Von Essen, secretario general de la ESA. En la misma línea, el grupo de asesores científicos de la UE recomienda “revisar la Directiva OGM existente para que refleje el conocimiento y la evidencia científica actual, en particular en lo relativo a la edición genómica y las técnicas de modificación genética establecida”.
“CRISPR es complejo y altamente científico pero ya no es una novedad. Las cuestiones que se planteen ahora no deberían ser sobre si CRISPR puede ser usado para crear unicornios o devolver los dinosaurios a la Tierra, la cuestión es cómo podemos utilizar CRISPR de una manera responsable para dar respuesta a algunos de los muchos retos a los que se enfrenta la humanidad. Este es el futuro”, concluía el comisario saliente, Vytenis Andriukaitis.
Ahora solo quedan dos caminos para que Europa no pierda este tren, reescribir la Directiva de OGMs, que podría llevar de cinco a diez años (y más con un nuevo Parlamento Europeo) o añadir un anexo a la Directiva actual como el que contempla la exención para la mutagénesis aleatoria. De otro modo, las cosas serán como anunciaba Aurélie Jouanin en CRISPRcon: “dentro de poco habrá un trigo apto para celíacos que no podrá cultivarse ni comercializarse en la UE”.