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Los avances de la Biología sintética

Los avances de la Biología sintética

Con el pasar de los años, los avances de la biología sintética se han hecho presentes en una serie de campos que  incluyen la genética, los alimentos, los fármacos, los combustibles fósiles, por destacar los más importantes.

Sin embargo, como todo proceso transformador de la interacción entre las relaciones humanas y la naturaleza de los demás seres vivos, podría eventualmente – sin las previsiones del caso – acometer algunos efectos contraproducentes hacia algunos segmentos sociales o hacia al mismo medio ambiente, en su desarrollo posterior.

Pero como sugiere un reciente artículo de The Economist (ver artículo líneas abajo) al respecto, “Para aprovechar la promesa y minimizar el peligro, vale la pena aprender las lecciones del pasado”.

Así, el popular diario británico hace una breve reseña acerca de los impactos positivos y negativos de las grandes disrupciones en materia biológica que acontecieron en la historia de la humanidad y, a partir de ellos, advierte de los potenciales beneficios y peligros que podría desatar esta nueva tendencia moderna liderada por la biología sintética.

Si bien sus beneficios son innumerables e incluyen el reemplazo de energías contaminantes, una mejora notable de la productividad agrícola y la prevención de enfermedad nutricionales a partir del diseño de dietas más saludables; su misma utilidad podría utilizarse para malos fines como, por ejemplo, el uso de armas biológicas.

Pero aún con ello, la superioridad de otros armamentos militares alternativos como la energía nuclear  limitaría estos usos malintencionados. Un argumento que, dadas las circunstancias que caracterizaron a los más recientes conflictos bélicos mundiales,  puede sostenerse en nuestra opinión.

En este sentido, todos podemos ganar con la biología sintética. Pero dependerá de nosotros mismos y de las políticas públicas encausar su uso hacia una verdadera mejora en la calidad de vida global. Lampadia

Rediseñando la vida
La promesa y los peligros de la biología sintética

Para entenderlos bien, mira al pasado

The Economist
4 de abril, 2019
Traducido y glosado por Lampadia

Durante los últimos cuatro mil millones de años, la única forma en que la vida en la Tierra produjo una secuencia de ADN, un gen, fue copiando una secuencia que ya tenía a mano. A veces, el gen se dañaría o se mezclaría, la copia sería imperfecta o se realizaría repetidamente. De esa materia prima surgieron las glorias de la selección natural. Pero por debajo de todo, gen engendraba gen.

Eso ya no es cierto. Ahora los genes pueden escribirse desde cero y editarse repetidamente, como texto en un procesador de textos. La capacidad de diseñar las cosas vivas que esto proporciona representa un cambio fundamental en la forma en que los humanos interactúan con la vida del planeta. Permite la fabricación de todo tipo de cosas que solían ser difíciles, incluso imposibles de hacer: productos farmacéuticos, combustibles, telas, alimentos y fragancias pueden construirse molécula por molécula. Lo que hacen las células y lo que pueden llegar a ser es manejable también. Se le puede pedir a las células inmunitarias que sigan las órdenes de los médicos; las células madre deben ser mejoradas para convertirse en nuevos tejidos; huevos fertilizados programados para convertirse en criaturas bastante diferentes a sus padres.

Las primeras etapas de dicha “biología sintética” ya están cambiando muchos procesos industriales, transformando la medicina y comenzando a llegar al mundo del consumidor. El progreso puede ser lento, pero con la ayuda de nuevas herramientas y una gran porción de machine learning, la fabricación biológica podría eventualmente producir tecnologías verdaderamente cornucopicas. Los edificios podrían ser cultivados de madera sintética o coral. Los mamuts producidos a partir de células de elefantes diseñados podrían atravesar Siberia.

La escala de los cambios potenciales parece difícil de imaginar. Pero mirando hacia atrás a través de la historia y las relaciones de la humanidad con el mundo vivo han visto tres grandes transformaciones: la explotación de los combustibles fósiles, la globalización de los ecosistemas del mundo después de la conquista europea de las Américas y la domesticación de cultivos y animales en los albores de la agricultura. Todos trajeron prosperidad y progreso, pero con efectos secundarios dañinos. La biología sintética promete una transformación similar. Para aprovechar la promesa y minimizar el peligro, vale la pena aprender las lecciones del pasado.

La nueva biología pone en duda a todos

Comience con el más reciente de estos cambios anteriores. Los combustibles fósiles han permitido a los humanos impulsar una notable expansión económica en el presente utilizando la productividad biológica de épocas pasadas, almacenada en carbón y petróleo. Pero se ha perdido mucho desierto, y los átomos de carbono que vieron por última vez la atmósfera hace cientos de millones de años han fortalecido el efecto invernadero del planeta en un grado que puede resultar catastrófico. Aquí, la biología sintética puede hacer el bien. Ya se está utilizando para reemplazar algunos productos hechos de productos petroquímicos; con el tiempo también podría reemplazar algunos combustibles. Esta semana, Burger King introdujo en algunos de sus restaurantes un Whopper sin carne que obtiene su sabor carnoso de una proteína vegetal diseñada; estas innovaciones podrían facilitar enormemente el cambio a dietas menos perjudiciales para el medio ambiente. También podrían usarse para hacer más con menos. Las plantas y sus microbios del suelo podrían producir sus propios fertilizantes y pesticidas, los rumiantes menos gases de efecto invernadero, aunque para garantizar que la biología sintética produzca tales objetivos ambientales loables será necesario contar con una política pública, así como con las claves del mercado.

El segundo ejemplo de cambio biológico que arrasa el mundo es el intercambio colombiano, en el que la red de comercio mundial del siglo XVI reunía a las criaturas del Nuevo Mundo y del Viejo. Caballos, ganado y algodón fueron introducidos en las Américas; Maíz, papas, chile y tabaco para Europa, África y Asia. Los ecosistemas en los que viven los seres humanos se globalizaron como nunca antes, proporcionando una agricultura más productiva en todos los aspectos y dietas más ricas para muchos. Pero también hubo consecuencias desastrosas. El sarampión, la viruela y otros patógenos corrían por el Nuevo Mundo como un incendio forestal, cobrándose decenas de millones de vidas. Los europeos armaron esta catástrofe, conquistando tierras empobrecidas y desordenadas por la enfermedad.

La biología sintética podría crear tales armas por diseño: patógenos diseñados para debilitar, incapacitar o matar, y quizás también para limitarse a determinados tipos de objetivos. Aquí hay un motivo de preocupación real, pero no una alarma inmediata. Para tal armamento, como el resto de la biología sintética de vanguardia, sería necesario contar con equipos altamente capacitados y con recursos significativos. Y los ejércitos ya tienen muchas formas de aplanar ciudades y matar a personas en gran número. Cuando se trata de la destrucción masiva, una enfermedad es un pobre sustituto para un arma nuclear. Además, la comunidad actual de biología sintética está a la altura de los ideales de apertura y servicio público mejor que muchos campos más antiguos. Mantenida y alimentada, esa cultura debe servir como un poderoso sistema inmunológico contra elementos deshonestos.

La primera transformación biológica, la domesticación, produjo lo que fue hasta ahora el mayor cambio en la forma en que los humanos vivían sus vidas. Al azar, y luego a propósito, los humanos criaban cereales para ser más abundantes, el ganado para ser más dóciles, los perros para ser más obedientes y los gatos para ser más sociables (el último fue un éxito parcial, en el mejor de los casos). Esto permitió nuevas densidades de asentamientos y nuevas formas de organización social: el mercado, la ciudad, el estado. Los seres humanos se domesticaron a sí mismos, al igual que sus cultivos y animales, creando un espacio para el trabajo pesado de la agricultura de subsistencia y las jerarquías políticas opresivas.

La biología sintética tendrá un efecto cascada similar, transformando las relaciones de los humanos entre sí y, potencialmente, su propia naturaleza biológica. La capacidad de reprogramar el embrión es, con razón, el sitio de la mayoría de las preocupaciones éticas de hoy. En el futuro, pueden extenderse más allá; ¿qué se debe hacer con las personas con la fuerza de la parte superior del cuerpo de los gorilas, o mentes impermeables al dolor?; cómo los humanos pueden elegir cambiarse biológicamente es difícil de decir; que algunas elecciones sean controvertidas no lo es.

Lo cual nos lleva a la forma principal en que esta transformación difiere de las tres anteriores. Su importancia fue descubierta sólo en retrospectiva. Esta vez, habrá previsión. No será perfecta: ciertamente habrá efectos imprevistos. Pero la biología sintética será impulsada por la búsqueda de objetivos, tanto anticipados como deseados. Se pondrá a prueba la capacidad humana de sabiduría y previsión. Podría derrotarla. Pero cuidadosamente nutrida, también podría ayudar a expandirla. Lampadia




La agricultura en un mundo de 9,000 millones de personas

La agricultura en un mundo de 9,000 millones de personas

No sólo enfrentamos a una población mundial en rápido crecimiento (las Naciones Unidas predice que para el 2050 seremos 9 mil millones de personas), sino que también la esperanza de vida será mucho mayor. Este implica un importante crecimiento de la producción de alimentos. Los agricultores de todo el mundo se enfrentan a un gran reto: producir más con menos recursos y ser sostenibles. 

La producción de alimentos del mundo necesita duplicarse en los próximos 35 años, con un 50% menos de uso de tierra y recursos naturales. Según la WWF, los agricultores con mejor rendimiento del mundo son aproximadamente 100 veces más eficientes que los menos productivos, siendo los últimos responsables de la mitad del impacto ambiental. Los sistemas más eficientes y de alto rendimiento usan menos ‘inputs’ por kilogramo de producto final y generan menos emisiones. La cantidad de terreno utilizado es menor, dejando más espacio para la naturaleza, la urbanización y la recreación.

¿Cuál es la clave del éxito? Los avances tecnológicos. Es la única manera que la producción de alimentos pueda aumentar en un 70% para el año 2050 (meta trazada por la FAO para lograr abastecer la gran demanda de alimentos), y esto tiene que ser logrado a pesar de la limitada disponibilidad de tierras cultivables, la creciente necesidad de agua dulce (la agricultura consume el 70% del suministro de agua dulce del mundo) y otros factores menos predecibles, tales como el impacto del cambio climático, que, según un informe reciente de la ONU, podría dar lugar, entre otras cosas, a cambios en los eventos de temporada en el ciclo de vida de plantas y animales.

En las últimas décadas, ya hemos logrado avanzar en la producción de alimentos. Como se puede ver en los gráficos inferiores, hemos mejorado en nivel de nutrición adecuada y disminuido en desnutrición en los últimos quince años. Tenemos que continuar esta tendencia, pero ahora considerando un menor uso de tierra y una cantidad aún mayor de personas.

La mejor manera de abordar este dilema es aumentando la calidad y cantidad de la producción agrícola mediante el uso de tecnologías para hacer granjas más “inteligentes” y más conectadas a través de la llamada “agricultura de precisión”, también conocida como la “agricultura inteligente” (smart agriculture). Lo que necesita es un gran salto de productividad en el campo.

Es algo que ya está sucediendo. Empresas agrícolas recogen grandes cantidades de información de rendimiento de los cultivos, mapean los suelos, utilizan fertilizantes, datos meteorológicos, maquinaria, etc.

Sin embargo, en el futuro, la agricultura inteligente irá un poco más lejos. Desde máquinas de ordeño automático hasta drones para analizar la data, los observadores de la industria dicen que la tecnología está volviendo a la agricultura más precisa y eficiente. De acuerdo con Tractica (una empresa que se centra en el análisis de la interacción humana con la tecnología), el mercado mundial de robots agrícolas se incrementará de US$ 3 mil millones en 2015 hasta US$ 74 mil millones de dólares en 2024.

Y es que los robots están comenzando a transformar la agricultura en EEUU, arando y cortando los pastos autónomamente vía la llamada agricultura de precisión, un enfoque basado en los datos de los cultivos, siembras y cosecha. Según el último informe del Bank of America Merrill Lynch Global Research, en los próximos 10 años, los robots podrían convertirse en los principales granjeros.

En Japón, ya se está implementando la primera granja completamente robotizada del mundo y estará lista el próximo año. La cuarta revolución industrial permitirá que, pronto, una sola fábrica produzca más de 30,000 cabezas de lechuga todos los días, con 98% menos de agua, un 30% menos de energía y 50% menos participación de los seres humanos.

Esta granja, desarrollada por una empresa llamada Spread, será capaz de cosechar cultivos en cantidades nunca antes vistas. En el interior, utilizará lámparas LED en lugar de luz solar y almacenará las plantas en bastidores verticales, permitiendo que el crecimiento del cultivo sea más fácil de controlar y más productivo (con tecnologías similares a las de los cultivos hidropónicos). Con una automatización completa, la granja aumentará su producción de lechuga a 30,000 cabezas por día. La instalación también proporcionará beneficios ambientales como el reciclaje del agua utilizada y costes laborales reducidos. Spread espera exportar su tecnología a todo el mundo en un futuro próximo.

Un último punto, menos tecnológico pero igual de revolucionario, es un proyecto de ley en Francia (diciembre 2015) en el que se obliga a los supermercados de más de 400 metros cuadrados a donar la comida que descartan para bancos de alimentos, alimentación animal o abonos. El objetivo final es reducir la mitad de los desperdicios al 2025.

Aproximadamente un tercio de los alimentos producidos en todo el mundo se desperdician: hogares (42%), industria alimentaria (39%), restaurantes y servicios alimentarios (14%) y comercios y distribución (5%). Esto es teóricamente alrededor de cuatro veces la cantidad de alimentos necesarios para alimentar a más de 800 millones de personas que sufren de hambre. (Ver video sobre la gesta contra los desperdicios)

En el caso del Perú, nos hemos convertido en una de los diez primeros países proveedores de alimentos en el mundo y nuestras agroexportaciones crecieron a un promedio de 16% anual entre 2005 y 2015 (ver gráfico inferior). Este sector se ha convertido en una de las principales actividades económicas que impulsan el desarrollo del país, acompañando a la minería en la generación de empleo formal rural y divisas para nuestro país. 

El desarrollo de la agricultura en el Perú es un segundo brazo de la revolución de la gastronomía, pues sin nuestros ingredientes locales, esta no podría haber llegado a generar una oferta tan singular y valiosa. Por eso, es importante apoyar a este sector que tiene tanto potencial. Además, se podrían aprovechar los avances tecnológicos que están cambiando la industria y las tendencias del futuro.

En el Perú, ya hay desarrollos empresariales que ofrecen sistemas de agricultura de precisión, lo que conllevará a la reducción de costos debido a una menor utilización de elementos químicos como fertilizantes. Esto podría ser el comienzo de un repotenciamiento del sector agrícola, reflejando una mayor competencia e innovación que el modelo de escala industrial que ha dominado durante décadas.

Sin embargo, aún subsisten millones de campesinos en la sierra rural que aún no han podido adoptar las tecnologías del siglo XX, como el riego tecnificado y, por lo tanto, su productividad sigue siendo muy baja. En esencia, un campesino de un minifundio alto-andino solo dispone del secano (la lluvia) para regar sus tierras. Ésta se produce en promedio durante tres meses del año y logra un pobrísimo crecimiento de los pastos naturales de solo 5 cm. anuales, con el que solo se puede alimentar a animales famélicos, con la consiguiente debilidad de su cadena productiva. A lo cual hay que agregar su imposibilidad de integrarse a los mercados que demandan productos de buena calidad, permaneciendo básicamente en una agricultura de subsistencia o teniendo que migrar temporalmente para trabajar fuera de sus tierras y completar sus ingresos.

Esta tragedia se resume en las siguientes palabras: Baja productividad agrícola.

Sierra Productiva

Sin embargo, por más que vaya a parecer increíble, en el Perú se han desarrollado programas privados como el de: ‘Sierra Productiva’ que permiten superar todas las debilidades explicadas líneas arriba: El programa aprovecha las diversas fuentes de agua que abundan en la sierra para cosecharla en reservorios familiares. Se apoya en las pendientes para generar presión de agua. Instala riego por aspersión. Reemplaza los pobres pastos naturales por cuatro variedades de pastos cultivados que, con el riego permanente, dan hasta cinco cosechas de un metro al año (pasando de 5 cm a 5 metros, hasta 100 veces más). Esto dispara la productividad del predio de forma extraordinaria y permite desarrollar todas las cadenas productivas aparentes para cada zona. La abundancia de productos de buena calidad facilita la integración comercial de los agricultores. Finalmente se logra un salto cualitativo en la calidad de vida de los campesinos y en su autoestima, algo tan importante como su mejora socio-económica. Además, los costos del programa son bastante reducidos.

¿La pregunta del millón es y por qué no se ha multiplicado este programa?

Pues por la irresponsabilidad de los gobiernos peruanos del nuevo siglo, período de desarrollo del Programa de Sierra Productiva (SP). Desde inicios de siglo, los gobiernos de Toledo, García y Humala, han ‘perdido’ la oportunidad de sumarse a esta iniciativa, que de manera privada ya ha llegado a más de 60,000 unidades familiares. Pero hay más de un millón de familias esperando desarrollos de este tipo, las que mientras tanto han sido incorporadas a programas asistencialistas de reparto de dinero, que además de todos sus vicios, destruye la dignidad de esta maravillosa gente, que cuando pasan al siglo XVI al siglo XX se convierten en los ciudadanos más sanos y entusiastas del país. En el gobierno actual se creó en el MIDIS, el programa Haku Wiñay (Mi Chacra Emprendedora), un remedo de SP de muy reducido impacto.

Como hemos visto, el futuro de la alimentación de los seres humanos depende del aumento de productividad que se pueda lograr aplicando nuevas tecnologías. Estas deben ser incorporadas a nuestra exitosa agricultura moderna. Pero además, debemos hacer el salto del siglo XVI al siglo XX para los campesinos alto-andinos con las tecnologías tradicionales de riego y otras completamente amaestradas. Esperamos que el próximo gobierno apoye el desarrollo del programa de Sierra Productiva, una excelente iniciativa que podría potenciarse en la modalidad de una APP (asociación público privada). Hasta ahora, solo el partido de Fuerza Popular ha anunciado su intención de desarrollarlo. Lampadia




Nueva tecnología para la producción de arroz

Nueva tecnología para la producción de arroz

Adoptar la tecnología del Sistema Intensivo de Cultivar Arroz (SICA), permitiría mejorar la competitividad de la producción nacional, ahorrando en 50% el uso del agua, incrementando la productividad a 22-24 toneladas métricas por hectárea. Además disminuye la salinización, la degradación hipoxia de los suelos, minimiza la reproducción de insectos y disminuye la emisión de gas metano, según el ingeniero agrónomo Ángel Fernández García, que en el 2003, con el apoyo del BID, logró implementar esta tecnología, que se originó en Madagascar.

La costa peruana es básicamente desértica que adolece de una importante carencia de agua. El Perú no ha logrado aún invertir en regular la abundancia de agua que dispone. No hemos hecho los reservorios ni canales necesarios para disponer de agua todo el año, en gran parte del territorio. Mientras tanto hemos dejado que la poca agua de la costa se desperdicie en sembríos que demandan mucha agua, como el arroz que hoy se siembra en las mejores tierras del Perú. Majoro en Sechura y Majes, que hasta antes de la reforma agraria fue uno de los mejores valles del mundo, para la producción de frutales de alta calidad.

Por lo tanto debemos optimizar su uso.  Sin embargo, en el Perú, en la costa, se sigue usando la técnica de la inundación (tal como se hace en el Asia tropical, donde abunda el agua de lluvia). Esto destruye el suelo por la salinización. Más bien, esto se podría hacer eventualmente en la selva, como ya se está haciendo, con éxito, en San Martín. SICA se presenta como una excelente alternativa. Esta técnica ya se viene aplicando en otros países como Madagascar, India, China y Colombia.  La están promoviendo por organizaciones internacionales como el BID y el Banco Mundial.

SICA son un conjunto de prácticas agronómicas que permiten aumentar significativamente los rendimientos de los cultivos de arroz, requiriendo un mucho menor consumo de agua, mano de obra e insumos.

 

 

SICA: un conjunto de prácticas interrelacionadas

 

 

  • Establecimiento temprano y rápido de plantas sanas
  • Mantenimiento de una baja densidad de las plantas para permitir un desarrollo individual óptimo.
  • Enriquecimiento de los suelos con materia orgánica para mejorar los nutrientes y la capacidad de retención de agua, y aumento de la vida microbiana en el suelo para proporcionar un buen sustrato para que las raíces crezcan y se desarrollen.
  • Reducir y controlar la aplicación de agua, proporcionando sólo la necesaria para el óptimo desarrollo de las plantas y favorecer las condiciones aeróbicas (que contienen oxígeno) del suelo.

 

 

Erika Styger, Cornell University. Revista Leisa. Marzo 2013

 

 

Para el éxito de este sistema, es necesaria la participación activa de los agricultores, quienes pueden ir adaptando el sistema paulatinamente. Esto es lo que ha venido ocurriendo con los primeros proyectos que se están ejecutando. En las primeras semanas (como los señala Willem A. Stoop, un especialista del Centro Africano del Arroz), los resultados no son aparentemente muy buenos. Sin embargo, a partir del macollaje (primeros brotes de la planta) hasta la fase de la cosecha, los resultados son espectaculares.

El Perú tiene una experiencia de 10 años aplicando la SICA, específicamente en la Selva Alta, como señala Ángel Fernández García. Esta nueva tecnología puede ser aplicada por todos los arroceros del Perú, pero hay mucha resistencia a reconocer su potencial. Sus rendimientos puede ir de 7.5 TM/Ha en la selva, y de 10 en la costa, hasta 20 a 24 TM/Ha en no más de 10 años.

Tenemos pues a nuestra disposición una extraordinaria posibilidad de aumentar la productividad del arroz y de hacer un mejor uso de nuestros suelos. Además de mejorar los ingresos de los campesinos y el medio ambiente. Las investigaciones científicas sobre este sistema vienen proliferando, Erika Styger de la universidad de Cornell, que dirige el Centro de Redes y Recursos de SICA Internacional (SRI-Rice), manifiesta que antes de 2002 solo se publicaban 10 artículos sobre el SICA por año, ahora se publican más de 60. Lampadia