Capítulo 11: Biotecnología y los alimentos.

11.1 Aplicaciones tradicionales.

Las aplicaciones biotecnológicas tradicionales en la preparación de alimentos fermentados remonta aproximadamente a 6.000 a.C. Constituye un descubrimiento espontáneo, repetido más tarde en forma independiente por varios pueblos. Las principales ventajas de la fermentación son la eliminación de las sustancias tóxicas de algunos granos y la preservación de los alimentos.

A lo largo del siglo XIX, los conocimientos adquiridos sobre los microorganismos y las enzimas abrieron el camino para la producción industrial de alimentos que hoy se basa en varias disciplinas (microbiología, bioquímica, ingeniería, etcétera). Los alimentos fermentados representan la tercera parte de la dieta humana. Sea porque los nutrientes se asimilan más fácilmente, o porque tienen menos componentes tóxicos, muchos de esos alimentos son considerados “funcionales”, es decir, que brindan beneficios extras además de los correspondientes a su propia composición.

Además de los productos de panificación, las bebidas alcohólicas y los lácteos, existen otros alimentos fermentados por acción microbiana o enzimática. Aunque algunos son de origen animal (pescado, jamones y embutidos), la mayoría es de origen vegetal (chucrut, pickles, aceitunas, café, cacao, té), especialmente los productos orientales (salsa de soja, miso, tempeh, kimchi, etc.) y africanos (gari, kokonte o lafun, agbelima, togwa, kenkey, etcétera).


11.1.1 El pan.

Hoy se sabe que en la masa del pan, las enzimas del cereal digieren el almidón y liberan azúcares. Estos son transformados en ácido láctico y en etanol por los microorganismos presentes (bacterias y levaduras). El CO2 desprendido forma burbujas que confieren a la masa su textura característica.

11.1.2 El vino.

Durante la maduración de la uva, diversas poblaciones microbianas se suceden naturalmente, realizando primero la fermentación alcohólica y después la acética, que transforma el alcohol en ácido acético. Considerando que el destino final de la uva es el vinagre, el arte de la vinificación representa un considerable logro tecnológico.

La uva está compuesta por agua (86%), azúcares (12%) y otras moléculas (2%). Se retira el jugo exprimiendo o prensando la pulpa; frecuentemente se agregan enzimas de maceración (pectinasa, celulasas y hemicelulasas) para mejorar el rendimiento.

Desde el punto de vista microbiológico, la vinificación comprende dos fermentaciones. La primera es una fermentación alcohólica, un proceso que dura de cuatro a diez días y en el que la levadura Saccharomyces cerevisiae transforma los azúcares en alcohol.

La segunda, o fermentación maloláctica, es llevada a cabo por bacterias que transforman el ácido málico (diácido) en ácido láctico (monoácido), disminuyendo la acidez del vino y promoviendo las modificaciones aromáticas que constituyen la base del bouquet.


11.2 Aplicaciones modernas.

De acuerdo con la definición de la Comisión del Codex Alimentarius (adaptada del Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología), se define a la biotecnología moderna como la aplicación de:

  • La técnicas in vitro de ácido nucleico, incluido el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos.

  • La fusión de células más allá de la familia taxonómica, que superan las barreras fisiológicas naturales de reproducción o recombinación y que no son técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicionales.

La aplicación de la biotecnología moderna a la producción alimentaria presenta nuevas oportunidades y desafíos para la salud y el desarrollo humano. La tecnología genética recombinante, la biotecnología moderna más conocida, permite que plantas, animales y microorganismos sean genéticamente modificados (GM) con características novedosas más allá de lo que es posible mediante las técnicas de reproducción y selección tradicionales. Se reconoce que las técnicas como la clonación, el cultivo tisular y la reproducción asistida por marcadores son con frecuencia consideradas biotecnologías modernas, además de la modificación genética.

La inclusión de rasgos novedosos ofrece un potencial aumento de la productividad agrícola, o mejor calidad y características de nutrición y procesamiento, lo que puede contribuir en forma directa a mejorar la salud y el desarrollo humano. Desde la perspectiva de la salud, también puede haber beneficios indirectos, como la reducción del uso de sustancias químicas para la agricultura, y un aumento de la producción agrícola, la sostenibilidad de los cultivos y la seguridad alimentaria, particularmente en los países en desarrollo.

Sin embargo, los rasgos novedosos de los organismos genéticamente modificados (OGM) también pueden acarrear potenciales riesgos directos para la salud y el desarrollo humano. Muchos de los genes y rasgos usados en los OGM agrícolas, aunque no todos, son novedosos y no se conocen antecedentes de uso alimentario inocuo. Diversos países han instituido lineamientos o legislación para una evaluación de riesgos obligatoria antes de la comercialización de alimentos GM. A nivel internacional, hay acuerdos y normas para abordar estos temas.

Los OGM también pueden afectar la salud humana indirectamente mediante impactos perjudiciales sobre el medio ambiente o mediante impactos desfavorables sobre factores económicos (incluyendo el comercio), sociales y éticos.

Es necesario evaluar estos impactos en relación con los beneficios y riesgos que también pueden surgir de alimentos que no hayan sido genéticamente modificados. Por ejemplo, las variedades nuevas, desarrolladas en forma tradicional, de un cultivo pueden tener también impactos — tanto positivos como negativos —sobre la salud humana y el medio ambiente.

Los alimentos producidos mediante biotecnología moderna pueden dividirse en las siguientes categorías:

1. Alimentos compuestos por partes o que contengan organismos vivientes, por ejemplo maíz.

2. Alimentos derivados de OGM o que contengan ingredientes derivados de OGM, por ejemplo harina, productos que contengan proteínas alimentarias o aceite de soja GM.

3. Alimentos que contengan un solo ingrediente o aditivo producido por microorganismos GM (MGM), por ejemplo colorantes, vitaminas y aminoácidos esenciales.

4. Alimentos que contengan ingredientes procesados por enzimas producidas mediante MGM, por ejemplo, el jarabe de maíz de alta fructosa producido a partir del almidón, usando la enzima glucosa isomerasa (producto de un MGM).

No obstante, este estudio no hace ninguna tentativa de discriminar entre las diversas categorías, y la discusión a continuación describe las aplicaciones presentes y futuras de la biotecnología moderna en la producción de cultivos, ganado, peces y microorganismos en la producción alimentaria.


11.3 Cultivos.

11.3.1 Desarrollo de cultivos e introducción de cultivos GM para la producción de alimentos.

El desarrollo convencional, especialmente de cultivos, ganado y peces, se concentra principalmente en aumentar la productividad, incrementar la resistencia a enfermedades y plagas, y mejorar la calidad con respecto a la nutrición y al procesamiento de alimentos. Los avances en los métodos de genética celular y biología celular en la década de 1960 contribuyeron a la llamada ‘revolución verde’ que aumentó significativamente las variedades de cultivos de alimentos básicos con características para una mayor producción y resistencia a enfermedades y plagas en varios países, tanto desarrollados como en desarrollo (Borlaug 2000).

El propulsor clave de la revolución verde fue mejorar el potencial para proporcionar alimentos suficientes para todos. Sin embargo, la intensificación y la expansión de la agricultura lograda mediante estos métodos y los sistemas agrícolas, también produjeron nuevas formas de riesgos para la salud y el medio ambiente; por ejemplo, un mayor uso de agroquímicos e intensificación de los cultivos que provoca erosión del suelo.

El desarrollo de la biología molecular en las décadas de 1970 y 1980 introdujo métodos más directos para el análisis de las secuencias genéticas y permitió la identificación de marcadores genéticos para lograr las características deseadas. Dichos métodos de desarrollo asistido por marcadores son la base de algunas estrategias de desarrollo convencionales de la actualidad.

Si bien los métodos modernos de cruces han aumentado significativamente la producción de los cultivos en los últimos 50 años, el potencial futuro de estos métodos está restringido por las limitaciones de la diversidad natural del genotipo característico dentro de las especies de cultivos y los límites de compatibilidad sexual entre los tipos de cultivo.

Para superar estos problemas, desde la década de 1980 varios grupos interesados (científicos, agricultores, gobiernos, compañías agrícolas) han considerado otros medios para lograr los objetivos de mayor rendimiento, sistemas agrícolas sostenibles y mejoras para la salud humana y animal y para el medio ambiente. Esto incluye el uso de métodos más modernos para introducir características novedosas, como tolerancia a la sequía, la sal, o las plagas. Para lograr estos objetivos, diversos programas de investigación públicos, y más recientemente privados, se han dedicado a lograr una mejor comprensión del rendimiento de los cultivos y la genética molecular y de las relaciones entre ambos.

Con el desarrollo y el uso del ADN recombinante en la década de 1980, se encontró una herramienta para superar la limitación de la incompatibilidad de especies. La biotecnología moderna utiliza técnicas moleculares para identificar, seleccionar y modificar las secuencias de ADN para lograr una característica genética específica (por ejemplo, la resistencia a insectos) a partir de un organismo donante (microorganismo, planta o animal), y transferir la secuencia al organismo receptor de modo que este exprese esa característica.

Para producir un OGM se utilizan diversos métodos de transformación para transferir el ADN recombinante a una especie receptora. Para las plantas, esto incluye transformación mediada por Agrobacterium tumefaciens (una bacteria común del suelo que contiene elementos genéticos que producen infección en las plantas) y biolística (o biobalística) —bombardeo del ADN recombinante ubicado sobre micropartículas hacia dentro de células receptoras. Los métodos utilizados en la transformación de diversas especies animales incluyen microinyección, electroporación, y células de la línea germinal.

El índice de éxito de transformaciones tiende a ser menor en los animales que en las plantas, y a variar entre las especies, lo que hace necesario el uso de muchos animales. Por lo general, la modificación genética es más rápida que las técnicas de desarrollo convencionales, ya que la expresión estable de una característica se logra usando muchas menos generaciones de desarrollo.

También permite una alteración más precisa de un organismo que los métodos de desarrollo convencionales, ya que permite la selección y la transferencia de un gen específico de interés. Sin embargo, con la tecnología actual, en muchos casos esto produce una inserción aleatoria en el genoma huésped y en consecuencia puede tener efectos no deseados de desarrollo o fisiológicos. No obstante, dichos efectos también pueden ocurrir con el desarrollo convencional y el proceso de selección usado en la biotecnología moderna tiene como objeto eliminar dichos efectos no deseados para establecer una característica estable y favorable.

Cabe destacar que los programas de desarrollo convencionales realizados mediante el análisis molecular de los marcadores genéticos tienen también una importancia crucial para el desarrollo moderno de plantas y animales. No obstante, aquí no se analizan las consecuencias de estas técnicas para la salud humana y del medio ambiente.

11.3.2 Cultivos GM producidos comercialmente en la actualidad.

En la actualidad, sólo unos pocos cultivos GM pueden ser usados como alimento y comercializados a nivel internacional en los mercados de alimentos para humanos y animales. Estos cultivos son: maíz resistente a herbicidas e insectos, soja resistente a herbicidas, semillas de colza (canola), y algodón resistente a insectos y herbicidas (principalmente un cultivo de fibras, si bien el aceite refinado de semillas de algodón se utiliza como alimento). Además, diversas autoridades gubernamentales aprobaron variedades de papaya, papa, arroz, calabaza, remolacha azucarera y tomate para uso como alimento y liberación al medio ambiente.

Sin embargo, actualmente estos últimos cultivos se desarrollan y comercializan sólo en una cantidad limitada de países, principalmente para consumo interno. La situación regulatoria de los cultivos GM varía entre los países que permiten su uso y se pueden ver actualizaciones en diversos sitios web, incluyendo los de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OECD), y el Centro Internacional de Ingeniería Genética y Biotecnología (ICGEB).

11.3.3 Tendencias futuras de los cultivos GM.

La introducción comercial de cultivos transgénicos con características agronómicas generalmente se conoce como la primera generación de plantas transgénicas. Se continúa realizando un mayor desarrollo de cultivos GM con características agronómicas y se están produciendo una serie de cultivos GM con mejores perfiles nutricionales (PIFB 2001).

En la actualidad se están probando diversas características novedosas en laboratorios y pruebas de campo en varios países. Muchas de estas segundas generaciones de cultivos GM están todavía en etapa de desarrollo y es probable que no ingresen al mercado por varios años.

Las principales áreas de Investigación y Desarrollo (I+D) en plantas son:

a. Características agronómicas.

  • Resistencia a plagas y enfermedades: A corto plazo, los cultivos GM comercializados más recientemente continuarán concentrándose en las características agronómicas, especialmente la resistencia a herbicidas y la resistencia a insectos y, de forma indirecta, el potencial de rendimiento (PIFB 2001). En esta área, I&D tiene como objetivo de introducir características de resistencia a herbicidas en una mayor cantidad de variedades de maíz, sojay canola; ampliar el rango de herbicidas que pueden usarse en combinación con el cultivo transgénico resistente a herbicidas, como la introducción de tolerancia a los herbicidas bromoxinil, oxinil y sulfonilurea; y acumular genes nuevos para resistencia a insectos en plantas, como las variedades Bt nuevas que contienen diferentes toxinas.

  • Resistencia a virus: La resistencia a virus podría ser extremadamente importante para mejorar la productividad agrícola (Thompson 2003 James (2004a)). En diferentes partes del mundo se están llevando a cabo pruebas de campo de los siguientes cultivos resistentes a virus: batata (virus del moteado plumoso); maíz (virus del rayado del maíz); y mandioca africana (virus del mosaico). Estos cultivos pueden estar disponibles para comercialización dentro de los próximos 3-5 años. Debido a su genoma complejo, no se han logrado grandes progresos en los trabajos con el trigo resistente al virus del enanismo amarillo de la cebada y todavía se están realizando investigaciones de laboratorio. También se ha logrado resistencia a los nemátodos (gusanos da la raíz) en una papa GM.

b. Alteración de la nutrición y la composición.

  • Arroz enriquecido con vitamina A: El ejemplo más conocido de un cultivo GM con propiedades nutricionales mejoradas es el arroz que contiene un elevado nivel de beta-caroteno — un precursor de la vitamina A (llamado ‘arroz dorado’). La vitamina A es esencial para aumentar la resistencia a enfermedades, protege contra el deterioro de la visión y la ceguera y mejora las posibilidades de crecimiento y desarrollo.

  • Mayor contenido de proteínas: Los investigadores también están examinando métodos que podrían aumentar el contenido proteico de vegetales básicos como la mandioca, el plátano y la papa. Los resultados de estudios en invernaderos muestran que estos vegetales tienen 35-45% más proteínas y mejores niveles de aminoácidos esenciales.

  • Eliminación de alergenos y antinutrientes: La aplicación de la biotecnología moderna para disminuir los niveles de esta sustancia química tóxica de algunos vegetales como la yuca, los hongos y otro. En la papa, la inserción de un gen de invertasa de la levadura reduce los niveles naturales de toxina glucoalcaloide.

  • Alteración del perfil de ácidos grasos y almidón: Con el afán de brindar alimentos más saludables, se realizan esfuerzos para aumentar el contenido de almidón de la papa de manera que absorba menos grasa durante la fritura. Con el fin de crear grasas más sanas, la composición de ácidos grasos de la soja y la canola se alteró para producir aceites con niveles menores de grasas saturadas.

  • Mayor contenido de antioxidantes: Se ha incrementado el contenido de licopeno y luteína del tomate, aligual que las isoflavonas de la soja (OMS 2000c). Se sabe que estos fitonutrientes mejoran la salud o previenen enfermedades. La investigación en esta área se encuentra en una etapa relativamente temprana de desarrollo ya que no se tienen muchos conocimientos sobre fitonutrientes y no todos ellos son beneficiosos.

  • Estrés ambiental: La tolerancia a los factores de estrés ambiental mediante modificación genética es un área que se encuentra en etapas tempranas. Se están estudiando intensivamente la resistencia a la salinidad y a la sequía. Se estima que la salinidad afecta al 20% de la tierra cultivada y al 40% de la tierra irrigada en todo el mundo. La tolerancia a la sal y a la sequía involucra a numerosos genes que interactúan de manera compleja. Dado este carácter multigénico, las técnicas de cultivo tradicionales han tenido poco éxito en la generación de variedades tolerantes a la sal o la sequía. A partir de un cultivo tolerante se puede conferir tolerancia a la sal a cultivos sensibles mediante la transferencia de múltiples genes ligados a una ruta relevante. Se desconoce el tiempo probable para la comercialización de dichos cultivos GM.

11.4 Ganado y peces.

El ganado es una necesidad real para la sociedad actual. El factor económico, dela ganadería impulsa la producción de leche y carne, fertiliza el suelo. Sin embargo, un nuevo informe de la FAO señala que la producción pecuaria es una de las causas principales de los problemas ambientales más apremiantes del mundo, como el calentamiento del planeta, la degradación de las tierras, la contaminación atmosférica y del agua, y la pérdida de biodiversidad. Con una metodología que contempla la totalidad de la cadena del producto, el informe estima que el ganado es responsable del 18% de las emisiones de gases que producen el efecto invernadero, un porcentaje mayor que el del transporte.

Biotecnológicamente se han propuesto modificaciones a la leche que le agreguen proteínas o manipulen las proteínas endógenas. Recientemente, investigadores de Nueva Zelanda desarrollaron vacas GM que producen leche con mayores niveles de proteína caseína. El uso de dicha leche rica en proteínas aumentaría la eficiencia de la producción de queso. Hay otro trabajo que apunta a reducir el contenido de lactosa de la leche, con la intención lograr leche apta para el consumo de individuos con intolerancia a la leche.

Por otro lado, la creciente demanda proyectada de peces sugiere que los peces GM pueden tornarse importantes tanto en países desarrollados como en países en desarrollo. Es probable que el salmón del Atlántico de mayor desarrollo, que contiene un gen de la hormona de crecimiento del salmón Chinook, sea el primer animal GM en el mercado de alimentos. Este pez crece 3–5 veces más rápido que sus contrapartes no transgénicos, para reducir el tiempo de producción y aumentar la disponibili


dad como alimento.

Otras ocho especies de peces de criadero, como mínimo, han sido modificadas genéticamente para aumentar su crecimiento. Otros peces en los cuales se introdujeron en forma experimental hormonas de crecimiento son: la carpa herbívora, la trucha arco iris, la tilapia y el siluro.

11.5 Microorganismos como alimento.

En la actualidad, no hay productos comerciales conocidos que contengan microorganismos genéticamente modificados (MGM) vivos en el mercado. En el Reino Unido, la levadura GM para la producción de cerveza fue aprobada en 1993, pero nunca hubo intención de comercializar el producto.

Otros microorganismos usados en los alimentos incluyen cultivos de inducción de la fermentación para varios alimentos (panaderías y elaboración de cerveza), y las bacterias del ácido láctico en el queso. I&D también tiene como objetivo minimizar las infecciones causadas por microorganismos patógenos y mejorar el valor nutricional y el sabor.

Se ha intentado modificar genéticamente los microorganismos de rumiantes para proteger al ganado de los componentes venenosos del alimento. Los microorganismos mejorados mediante biotecnología moderna también están en desarrollo en el campo de los probióticos, que son microorganismos vivos que, cuando se consumen en cantidades adecuadas como parte de la alimentación, brindan beneficios para salud del huésped.


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