Consideraciones sobre la regulación de las nuevas tecnologías de mejoramiento genético: A 31 años del primer reporte de OGMs Mexico DF 2014.

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1 Consideraciones sobre la regulación de las nuevas tecnologías de mejoramiento genético: A 31 años del primer reporte de OGMs Mexico DF 2014

2 Laboratorio Nacional de Genomica para la Biodiversidad
Cinvestav Laboratorio Nacional de Genomica para la Biodiversidad CINVESTAV IRAPUATO, MEXICO

3 Una actividad escencial para la sobrevivencia humana
Cinvestav La agricultura Una actividad escencial para la sobrevivencia humana Una de las actividades más dañinas al medio ambiente y la biodiversidad

4 Cinvestav Para satisfacer la demanda de alimentos a nivel mundial se requiere incrementar la producción de alimentos en al menos un 50% en los próximos 10 años

5 Principales problemas de la agricultura moderna
Cinvestav Principales problemas de la agricultura moderna Disponibilidad de agua Baja fertilidad de suelo Plagas y enfermedades Para alcanzar altos niveles de productividad agrícola se hace un uso creciente de agroquímicos, principalmente fertilizantes, herbicidas, pesticidas y fungicidas

6 La disponibilidad de agua disminuye y el uso de fertilizantes aumenta
Cinvestav La disponibilidad de agua disminuye y el uso de fertilizantes aumenta Entre el 70 y 80% del consumo de agua dulce a nivel mundial se dedica a irrigación para la agricultura

7 Los fertilizantes en México
Cinvestav Los fertilizantes en México De los 21.4 millones de hectáreas que se cultivan anualmente en México, solo el 47% de la superficie sembrada se fertiliza. El consumo de fertilizantes en México es de 4 millones de toneladas anuales, de los cuales importamos el 61% (2.5 millones de toneladas). El precio promedio de la tonelada de fertilizante es de aproximadamente 300 dólares por tonelada, por lo que el valor total de los fertilizantes es de 1,200 millones de dólares de los cuales el 61% son productos de importanción. ¿Seguimos los mismos esquemas de fertilización que han causado graves daños al medio ambiente y la biodiversidad?

8 Cada año el derrame de fertilizantes en la desembocadura del río Mississippi causa una zona de mar muerto de alrededor de km2 Mississippi Louisiana Texas Golfo de México Nasa satellite image This is Summertime satellite photo of from Nasa shows highly turbid waters from the mouth of the Mississippi River all the way to the Texas coast. In this image, reds and oranges represent low oxygen concentrations. Each year, a 6500 sq mile dead zone forms at the mouth of the Mississippi River 25% of nitrogen run-off comes from Iowa

9 Pérdidas ($) ≈ 2000 millones
Cinvestav Producción agrícola en México Pérdidas ($) ≈ 2000 millones en 2012 Anualmente se pierde entre 10 y 20 % de la producción agrícola nacional por plagas y enfermedades ¿Seguimos usando los mismos agroquímicos del pasado? FUENTE : Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera/ SEMARNAT

10 Uso de plaguicidas en México
En el 2009 el mercado de plaguicidas químicos en México fue de aproximadamente 700 millones de dólares FUENTE : Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera y FAO

11 PESTICIDAS QUIMICOS Método curativo = Dosis elevadas
Control Químico Baja especificidad campos agotados Toxicidad por mal manejo Generación de resistencia por adaptación Baja especificidad Generación de resistencia Toxicidad Disminución microflora benéfica Residualidad Disminución de eficiencia

12 El reto Lograr incrementar la producción de alimentos del 50 al 70% en los próximos 10 a 20 años, disminuyendo de manera sustancial el uso de agroquímicos ( sobre todo aquellos que causan problemas de salud o daños ecológicos caros) La solución Usar todas de manera coordinada e integrada todas las tecnologías disponibles. En particular todos los esquemas de mejoramiento genético (tradicional y por ingeniería genética) y un uso efectivo, y regulado de agentes biológicos para reducir el uso de fungicidas plaguicidas y fertilizantes (agentes de biocontrol, biofertilizantes, bioinsecticidas, etc)

13 Posibles problemas Falta de recursos e infraestructura para desarrollar programas propios. Sobreregulación para nuevas tecnologías Falta de regulación para la producción y uso de productos biológicos ( productos milagro ) Establecimiento de monopolios Ahora se regula el proceso para obtener un producto agrícola y no el producto mismo

14 Regulación Basada en evidencia científica y un análisis lógico y despolitizado Enfocada en el producto y no el proceso Considerar la evaluación riesgo/beneficio de manera comparativa con tecnologías existentes ( ¿es mejor que las tecnologías en uso?) Caso por caso, vigilando de manera estricta que los productos no representen un riesgo a la salud y la biodiversidad.

15 Ejercicio basado en un caso real
Se hace un análisis de factores de transcripción que se expresan durante el desarrollo del grano de maíz. Se identifican más de 100 factores de transcripción que se expresan durante la formación del grano y algunos otros tejidos Se generan líneas transgénicas que sobre expresan cada uno de los factores de transcripción identificados o que expresan RNAi que silencia la expresión de los mismos genes. Se análizan 5 líneas para cada construcción y se evalúa número de granos por mazorca, tamaño de grano y contenido de aminoácidos y minerales. Se identifican 5 genes que tienen potencial agronómico, uno de ellos que el gene PHR1 codifica un factor de transcripción bZIP, que cuando es silenciado por RNAi resulta en granos con contenido incrementado de lisina, triptófano y hierro

16 La línea de maíz transgénica representa un mercado importante para alimento de animales, PERO altera totalmente la composición de proteínas del grano

17 El efecto del gene PHR1 se evalua en diferentes fondos genéticos para determinar su efectividad.
Se encuentra que es muy efectivo en algunos parentales usados para producción de híbrido pero tiene efectos indeseables en otro. Este análisis muestra que el gene PHR1 interactúa con otros factores de transcripción (diferente interacción con diferentes alelos). El fenotipo de la semilla cambia drasticamente

18 La transgénesis altera la composición química, densidad y peso de la semila, afecta también la relación de tejido verde a raices, la germinación de la semilla y la susceptibilidad al ataque de las plagas

19 La evaluación de los cambios en el transcritoma causados por la construcción RNAi para PHR1 muestra que dependiendo del fondo genético las alteraciones en la expresión de genes es dramática y depende del fondo genético.

20 ¿Si usted fuera evluador de organismos genéticamente modificados cuál sería su respuesta a las siguientes preguntas? ¿Le parece razonable que se hagan pruebas de campo con líneas de RNAi para PHR1? Que tipos de análisis pediría? Perfiles transcriptomicos? Perfiles proteómicos? Análsis de metabolitos y minerales? ¿De todos los organos en diferentes estadios de desarrollo?

21 Opaco 2 ¿La peor pesadilla para los reguladores?
-La mutante Opaco 2 fue caracterizada por Mertz et al in Es una mutación que altera la composición de proteínas de almacenamiento que conduce a un importante incremento en el contenido de lisina y triptofano. -El gene OPACO2 codifica un factor de transcripción tipo bZIP Sin embargo el potencial del O2 no pudo ser utilizado a corto palzo por su pobre desempeño en campo debido a que es una mutación pliotrópica que tienen muchos efectos como son: reducida productividad, endospermo suave y sucepsibilidad a enfremedades. El fenotipo de la mutación O2 depende del fondo genético y existen diversos genes modificadores que alteran individualmente o en conjunto los componentes del fenotipo O2 En la década de los 90 la Dra. Ortega en el CIMMyT caracterizó genes modificadores que mantenían el incremento en el contenido de Lisina y triptofano, pero eliminaban la mayoría de las caracteristicas indeseables. El Maíz QPM se usa comercialmente en mucho países

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23 Considero que lo primero que debería evaluarse es si la modificación genética planteada podría ocurrir de manera natural por mutaciones puntuales, deleciones, inserciones, translocaciones o el movimiento de transposones. En el caso de que pueda ocurrir de manera natural debería evaluarse de la misma manera que un producto del mejoramiento convencional. Probablente se pueda utilizar para el caso de genes de maíz en maíz o de cereales en maíz. Cuales son las preocupaciones o posibles riesgos? Salud- Análisis del producto final, grano, fruto, tubérculo, etc. Diversidad genética. Evaluación agronómica en diferentes condiciones ambientales Una alteración genética deleterea tenderá a reducirse o desaparecer de la población con el tiempo

24 ¿Pueden los OGMs realmente contribuir a cumplir la meta?
Un ejemplo

25 Phosphate is the most limiting nutrient in natural and agricultural ecosystems; 70% of cultivated soils have low Phosphate availability Cinvestav Phosphorus (mg.kg-1) Over 70 million tons of Phosphate fertilizer are applied yearly to achieve high productivity Cackman et al, 2009

26 Cinvestav Phosphate is the most limiting nutrient in natural and agricultural ecosystems LOW-P SOIL P-FERTILIZED SOIL 20-30% efficiently utilized 70-80% lost P Phosphorus has a low diffusion coefficient in the soil solution and is highly reactive with soil components Soil bacteria convert P into organic forms that are not readily available for plant uptake Weeds constantly compete with cultivated plants for limiting resources (i.e Pi, water)

27 Cinvestav Cada año se forma una zona muerta de alrededor de km2 en la desembocadura del río Mississippi Mississippi Louisiana Texas Golfo de México Nasa satellite image This is Summertime satellite photo of from Nasa shows highly turbid waters from the mouth of the Mississippi River all the way to the Texas coast. In this image, reds and oranges represent low oxygen concentrations. Each year, a 6500 sq mile dead zone forms at the mouth of the Mississippi River 25% of nitrogen run-off comes from Iowa

28 Pools of Cuatro Ciénegas in Coahuila Mexico
Cuatro Ciénegas is one of only two desert spring ecosystems of significant size in North America. Geological data suggests that these pools are relics of an ancient oligotrophic sea with one of lowest Pi levels in the world

29 B. coahuilensis is capable of using Phosphite as P source
Cinvestav B. coahuilensis is capable of using Phosphite as P source Substrate specificity of PTXD A phosphite assimilation operon was previously characterized in Pseudomonas stutzeri WM88 by the Metcalf group. This operon includes ptxD, a gene encoding an oxidoreductase highly specific for phosphite that allows this bacterium to use phosphite (Phi) as a sole P source. Metcalf and Wolfe J Bact 1998

30 Growth of transgenic tobacco plants in a sterile, inert substrate supplemented with Phi
TRANSGENIC CONTROL NO P PHOSPHATE PHOSPHITE mg.kg Transgenics are able to use Phi as sole P source, sustaining similar growth to control plants

31 In NON-STERILE agricultural soils PTXD plants fertilized with Phi require 50% lower P input to achieve maximum productivity

32 Herbicide resistant weeds: an increasing concern
for the farmer Scientific American (Mayo 2011) Weeds can cause substantialy reduced crop yield Over 90% of cultivated plants require weed control Some of the most aggressive weedy species are becoming increasingly resistant to commonly used herbicides (such as RR) Alexandergrass (Brachiaria plantaginea) Smooth pigweed (Amaranthus hybridus) Johnsongrass (Sorghum halepense) Ipomoea purpurea False Brome (Brachypodium distachyon) This situation is further aggravated by the constant competition of weeds for essential resources, most critically for water and nutrients, and most particularly when Pi present in limiting amounts2. We urgently need new systems to reduced the negative impact of herbicide resistant weeds on food production.

33 Growth competition experiments between transgenic tobacco plants and weeds using Phi as a P fertilizer Cinvestav Brachypodium distachyon vs ptxDNt-80 (50:50) NO P PHOSPHATE PHOSPHITE Grass weed Then, we carried out growth competition experiments between ptxDNt plants and B. distachyon using a non-sterile alkaline soil fertilized with either Phi or Pi. As shown in figure 4B, both unfertilized B. distachyon and tobacco plants had limited growth, but when fertilized with Pi, weeds grew significantly faster than tobacco plants, whereas fertilization with Phi resulted in limited growth of weed plants and vigorous growth of ptxDNt plants that rapidly outgrew the weed. It was observed that in the treatment with 80 mgkg-1 of Phi, the biomass of ptxDNt plants increased 10 times whereas that of the grass weed decreased 50 % with respect to that observed under Pi fertilization Since Phi effectively promotes transgenic plant growth and compromises weed growth, this system is effective as a herbicide against different weedy species

34 The Phosphite system controls weed growth allowing weeds
to decrease soil erosion and water evaporation A spin-off company from Langebio was created to do the following steps of innovation in the development of the phosphite technology…… Follow the example of Gent University…….create jobs for our graduate students

35 Genetic modification to engineer plants to be
capable of metabolizing phosphite Provides cultivated plants a competitive advantage over weeds and soil microbes to acquire and assimilate a novel phosphorus source. Accidental gene transfer should not have a negative effect on natural ecological systems beacuse Phi is not present naturally in the soil. No long term residual effect; phosphite is naturally oxidized into phosphate in a few months Mutations to overcome phosphite weed control are less likely than those already observed for traditional herbicides such as glyphosate Replacing phosphate by phosphite as a fertilizer in agriculture should reduce the ecological problem caused by toxic algal blooms More important, fertilization and weed control can be achieved with a single compound at a lower cost

36 Evaluación de la seguridad e inocuidad de los alimentos GM
Cinvestav Este meta-análisis incluyó 12 estudios de alimentación a largo plazo (de 90 días a más de 2 años) y 12 estudios multi-generacionales (de 2 a 5 generaciones). Los investigadores concluyen que las plantas GM son equivalentes nutricionalmente a sus contrapartes convencionales y que pueden usarse de manera segura en alimento humano y para forrajes. “La conclusión principal que se puede sustraer de los esfuerzos de más de 130 proyectos de investigación, abarcando un periodo de más de 25 años e involucrando a más de 500 grupos de investigación independientes, es que la biotecnología y en particular los OGM, no son per se más riesgosos que las técnicas de mejoramiento convencional.” Mediante declaración firmada, por 25 Premios Nobel reconocen que las técnicas para modificar organismos son seguras y pueden contribuir al bienestar humano, mejorando la agricultura, la salud y el medio ambiente. El análisis de 40 estudios en campo sobre los efectos en la diversidad de invertebrados por el uso de algodón y maíz transgénicos en comparación con otros sistemas agrícolas, muestra que hay mayor diversidad de artrópodos en cultivos GM que en cultivos de agricultura convencional. Efecto de los insecticidas químicos versus los bioinsecticidas Este meta-análisis que incluyó 1783 estudios, concluye que “hasta ahora no se ha detectado ningún peligro a la salud humana asociado directamente con el uso de cultivos genéticamente modificados”.

37 Tipos de tecnologías potencialmente regulables por la ley de organismos geneticamente modificados
Trangénicos Cisgenicos Intragénicos Aplicación tópica de miRNAs u otras moléculas

38 Cisgenicos e intragénicos
Cinvestav Cisgenicos e intragénicos

39 Cisgenicos e intragénicos
Cinvestav Cisgenicos e intragénicos

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41 Cisgenicos e intragénicos de micro RNAs
Cinvestav Cisgenicos e intragénicos de micro RNAs

42 Cisgenicos e intragénicos
Cinvestav Cisgenicos e intragénicos

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44 Cisgenicos e intragénicos
Cinvestav Cisgenicos e intragénicos

45 Cisgenicos e intragénicos
Cinvestav Cisgenicos e intragénicos

46 New plant breeding technologies
Genome Editing New plant breeding technologies

47 Cinvestav Edición de genomas

48 Cinvestav Edición de genomas

49 Cinvestav Edición de genomas

50 Cinvestav Edición de genomas

51 Cinvestav Edición de genomas

52 Cinvestav Edición de genomas

53 Edición de genomas ¿Se puede regular si no se puede detectar?
Cinvestav Edición de genomas ¿Se puede regular si no se puede detectar? NO hay manera de diferenciar los cambios inducidos por edición de genomas de los que pueden ocurrir en la naturaleza. Son cambios en genes existentes para alterar su patrón de expressión, inactivar su función, incrementar su función o cambiar su función.

54 Cinvestav microRNAs Tópicos Se puede silenciar genes mediante la aplicaciónde microRNAs de forma tópica Solo se requiere de una preparación que permita la entrada del RNA pequeño a las hojas Monsanto lo desarrolló para controlar las malezas resistentes a glifosato

55 Cinvestav Los OGMs Genéricos La vigencia de las patentes de resistencia a glifosato y Bt vencen muy pronto ( Round-Up Ready en 2014) Hay que determinar isi el productor queda en libertad de reproducir y comercializar la semilla Existe el riesgo de que lleguen ilegalmente semillas transgénicas de empresas de China y la India (similar a lo que pasó con medicamentos) Un manejo y regulación adecuada de los OGMs genéricos puede ofrecer una opción importante de desarrollo para empresas Mexicanas. Si se impide el uso de los OGMs, el ingreso ilegal de transgenicos genéricos puede causar un descontrol enorme.

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60 Los OGMs Genéricos COMPLICACIONES:
Cinvestav Los OGMs Genéricos COMPLICACIONES: -¿A quién pertenecen los datos y proceso de desregulación de OGMs? -¿ A las agencias regulatorias nacionales? ¿A las empresas que los generaron? ¿A la sociedad? En el caso de medicamentos, incluyendo los productos recombinantes derivados de OGMs, solo se requiere demostrar equivalencia con el producto de patente original (pureza, etc.) -¿ Continuará la regulación por evento o por construcción? En muchos países es por construcción, solo se necesita desregular una vez

61 ¿Qué hacer? Incrementar la inversión en ciencia y tecnología
Cinvestav ¿Qué hacer? Incrementar la inversión en ciencia y tecnología Establecer programas propios de investigación para desarrollar los productos que requieren nuestros agricultores Regulación adecuada

62 Gracias Marc Van Montagu Jozef Schell