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Biotecnología moderna: el caso del Arroz Dorado

Entre sus múltiples y variados objetivos, la biotecnología moderna busca resolverproblemas puntuales en diferentes áreas, tales como la agricultura, la alimentación, y la

salud (ver Cuaderno Nº , !, !", !#, $%&' n caso representativo lo constituye laobtención mediante t)cnicas de ingeniería gen)tica de el *rro+ orado ' Este desarrollotiene gran relevancia social, ya -ue apunta a resolver un problema de salud -ue afectaespecialmente a países del tercer mundo. la deficiencia en vitamina * (ver Cuaderno Nº"&'/a deficiencia de vitamina * (0*& es una de las principales causas de ceguera y muerteprematura en los ni1os -ue viven en sociedades -ue basan su alimentación en el arro+,como muc2os países asiáticos y africanos (ver figura &

/a vitamina * está involucrada en procesos tales como.• 0isión (nocturna, diurna y colores&• 3ntegridad de c)lulas epiteliales frente a infecciones• 4espuesta inmunológica• 5ematopoyesis (formación de c)lulas sanguíneas&• Crecimiento es-uel)tico• 6ertilidad (masculina y femenina&• Embriog)nesis

El problema de la deficiencia en vitamina A7na nutrición incrementada en vitamina * podría prevenir apro8imadamente ,9:!,% millones de

muertes anualmente entre c2icos menores a % a1os; (undial de la

?alud, ##!&

/a deficiencia de micronutrients esenciales, como vitamina *, iodo, 2ierro o +inc, son lamayor causa de morbilidad (susceptibilidad creciente a la enfermedad& y mortalidad entodo el mundo' Estas deficiencies afectan particularmente a los ni1os, deteriorando susistema inmunológico y su desarrollo normal, provocando enfermedad e incluso la muerte'/a manera de evitar la deficiencia en micronutrientes es mediante el consumo de una

El Cuaderno de Por Qué Biotecnología" es una erramienta did!ctica creada desarrolladapor el e#uipo pedag$gico del Programa Educativo Por Qué Biotecnología de ArgenBio% &ureproducci$n est! autorizada ba'o la condici$n de #ue se aclare la autoría propiedad deeste recurso%

Figura 1. Mapa de incidencia mundial de la deficiencia en vitamina A. Fuente: www.sightandlife.org

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Figura 2. Ruta de biosíntesis de carotenoides. rri!a se "uestra la ruta de !iosíntesis de los carotenoides enplantas# se$alando con flechas las en%i"as &ue est'n ausentes en el endosper"a de arro%. la i%&uierda# sepueden o!serar estrías con !acterias transfor"adas con las distintas en%i"as# a fin de ir ar"ando* la ruta!iosint+tica de los carotenoides. ,l color es consecuencia de la funcionalidad de los genes introducidos# de lapresencia de carotenoides sinteti%ados co"o resultado.

(Qué son los carotenos)/os carotenos pertenecen al grupo de los carotenoides, -ue incluye un vasto número decompuestos liposolubles fuertemente pigmentados (rojos, anaranjados, amarillos&' Estánpresentes de forma natural en muc2as frutas, granos, aceites y vegetales (plantasverdes, +ana2orias, batatas, calaba+a, espinaca y pimientos verdes, entre otros&' E8istenmás de %A carotenoides -ue pueden ser convertidos en vitamina *, en insectos, peces,reptiles, aves y mamíferos' /os carotenos alfa, beta y gama se consideran pro:vitaminaspor-ue se pueden convertir en vitamina * activas' e todos ellos, los beta:carotenos sonlos -ue contribuyen casi en su totalidad como pro:vitamina * en los alimentos'

El arroz como fuente primaria de alimento: sus limitaciones me'oramientoEl arro+ es el alimento principal de más de 9 billones de personas, siendo la mayor fuentede 2idratos de carbono y tambi)n de proteínas en países del sudeste asiático y Bfrica'@ero, el arro+ es una fuente pobre en varios micronutrientes esenciales' @or eso, unadieta basada en arro+ es la causa primaria de carencia de micronutrientes en gran partede los países subdesarrollados, particularmente 2ierro, +inc y vitamina *' /asconsecuencias de esta malnutrición incluyen, entre otras, disminución de la capacidad

mental, ceguera, mayor mortalidad infantil, bajaproductividad laboral e inestabilidad'

Figura 3. El arroz como alimento. ,l arro% es la "aorfuente ali"entaria de "'s de "edia po!lacin "undial# carece de gran parte de los nutrientes esenciales. Lagente &ue no puede sustentar una dieta ariada sufrediferentes deficiencias. de"'s# algunos nutrientesi"portantes del arro% se pierden durante el pulido# peroel grano no procesado no puede ser al"acenado# de!idoa la presencia en la capa externa de lípidos suscepti!lesa la oxidacin# &ue uelen al grano rancio no aptopara consu"o. Fuente: www.goldenrice.org

?egún datos de la =rgani+ación >undial de la ?alud, la deficiencia en vitamina * (0*&por una dieta pobre causa la ceguera de entre !%A'AAA y %AA'AAA ni1os cada a1o' /a 0*compromete el sitema inmunológico de apro8imadamente el $A de los ni1os menores decinco a1os en países subdesarrollados, aumentando peligrosamete el riesgo de desarrollarseveras enfermedades a partir de afecciones comunes de la infancia' e 2ec2o, más de lamitad de los ni1os -ue pierden su vista mueren dentro del a1o de -uedar ciegos'


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/a deficiencia en micronutrientes puede compensarse con programas de suplementación opor modificación de los alimentos (ver Cuaderno Nº #&' En el caso de los programas desuplementación, re-uieren un financiamiento constante, y no siempre alcan+an a losindividuos más necesitados' /a segunda estrategia incluye la fortificación de alimentoscomunes (durante el procesamiento&, o el consumo de alimentos enri-uecidos en

micronutrientes a partir de t)cnicas de mejoramiento vegetal' En este último caso, esnecesario -ue e8ista germoplasma (ver Cuaderno Nº D#& disponible con esascaracterísticas, y un proceso de mejoramiento tradicional por cru+amiento (ver CuadernoNº %&, o a trav)s de t)cnicas de ingeniería gen)tica (ver Cuaderno Nº $, !", "&' En cadacaso, se 2a acu1ado el t)rmino de 7biofortificación; para a-uellos cultivos -ue proveenniveles aumentados de minerales o vitaminas' *plicado al cultivo de arro+, un programa debiofortificación permite el acceso a la tecnología en forma irrestricta a trav)s de sussemillas'

*na soluci$n: el desarrollo del +Arroz Dorado,Como se mencionó, no 2ay germoplasma de arro+ -ue tenga como característica laproducción y acumulación de beta:carotenos en el endosperma del grano' @or lo cual, elprograma de biofortificación en pro:vitamina * -uedó enfocado e8clusivamente a laintroducción por ingeniería gen)tica de los genes necesarios para lograr ese objetivo' *síse creo el @royecto Folden 4ice (F4& o Arroz Dorado'En el arro+ dorado se 2an introducido por ingeniería gen)tica dos genes al materialgen)tico del arro+' Esto genes codifican para las en+imas fitoeno sintetasa y fitoenodesaturasa , necesarias para completar la ruta metabólica -ue permite la síntesis yacumulación de beta:carotenos en los granos de arro+ (ver 6igura !&' e 2ec2o, la

intensidad del color dorado en el nuevo arro+ es un indicador de la concentración de beta:carotenos en el endosperma (figura $&'

-igura .% /ranos de arroz dorado' /os granos de arro+ dorados sonfácilmente reconocibles por su color amarillento, un color más intensosignifica mayor contenido de beta:carotenos' Gomada de2ttp.HHIII'goldenrice'org

El primer evento de arro+ dorado fue obtenido en ###, y desde ese momento se 2andesarrollado nuevas líneas con mayor contenido de beta:carotenos' El objetivo delprograma de desarrollo del arro+ dorado 2a sido proveer la dosis diaria recomendada deprovitamina * a trav)s de la ingesta de AA:!AA g de arro+, -ue es la cantidad ingeridanormalmente por los ni1os de las sociedades más afectadas' @ara otros países, el arro+dorado podría ser de todas formas un complemento valioso para la dieta, contribuyendo ala reducción de las enfermedades relacionadas con la carencia de provitamina *'

Cr$nica de un é0ito1


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En ## comen+ó el proyecto para desarrollar el *rro+ orado de la mano de doscientíficos 3ngo @otryJus y >eter

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Wild tpe Arroz dorado 1 Arroz dorado 2

Figura !. "uevas generaciones de arroz dorado. La i"agen "uestra el progreso reali%ado desde la prue!a delarro% dorado / hasta la nuea generacin de arro% dorado 0# &ue contiene nieles de 1-caroteno &ue per"itiríanproeer a los ni$os de países afectados con la dosis necesaria de pro-ita"ina . 2o"ado dehttp:33www.goldenrice.org3

Cultivo de arroz dorado en los países m!s necesitados@ara lograr el objetivo de disminuir la deficiencia de pro:vitamina * en los países pobres

-ue se alimentan a base de arro+, el arro+ dorado debía llegar a manos de los granjerosde esos países sin cargos ni restricciones' ebían conseguir el permiso de a-uellosorganismos -ue 2abían financiado el proyecto, lo -ue podía ser acordado, pero el problemaresidía en todos los derec2os de patentes de los procedimientos implicados para eldesarrollo del *rro+ orado' @or ejemplo, los procedimientos de transformación vegetal'*fortunadamente, dada la relevancia del desarrollo, varias empresas otorgaron libertadde licencias para -ue se pudiera utili+ar el *rro+ orado de manera 72umanitaria;, y asíllegar con )l a los lugares -ue realmente lo necesitan' El proyecto del arro+ doradointenta -ue agricultores de países subdesarrollados puedan obtener las semillas sin costo, y cultivar la nueva variedad de arro+ sin cambiar sus costumbres y metodologías agrícolas

(figura &'

Figura #. $ultivo de arroz. Las fotos "uestran c"o losagricultores de países asi'ticos cultian arro%. 2o"adode www.goldenrice.org

Esta línea representa un es-uema de producción sustentable y económica para losagricultores a lo largo de ! a1os de cultivo.2 semilla 3 2 planta 3 245 semillas674g 3 248 semillas6749g 3 24 semillas674t 3 2427semillas674%444 t

?egún este es-uema, cada semilla tiene el potencial de producir de manera sustentable, en dosa1os, alimento para AA'AAA personas con deficiencia de vitamina *'


2 a%os

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Presente futuro del Arroz Dorado*ctualmente, las características del arro+ dorado se 2an incorporado a las variedadesmás consumidas por los países asiáticos y, a su ve+, se está empleando como base paramejorar su contenido en 2ierro, +inc, proteínas de alta calidad y vitamina E'El mecanismo utili+ado para lograrlo 2a sido el cru+amiento entre el arro+ dorado y las

variedades comerciales de inter)s, seleccionando luego en la descendencia los individuoscon las características deseadas por t)cnicas de mejoramiento asistido'E8isten tambi)n programas de investigación mediante t)cnicas de biología molecular (verCuaderno Nº %& para mejorar el estatus nutritivo del arro+ y otros cultivos' @or ejemplo.: sobree8presión de una proteína para almacenamiento de 2ierro (ferritina& en granos de

arro+, -ue triplicó la cantidad de 2ierro en el grano': sobree8presión de un transportador de +inc (utili+ando un gen de la planta *rabidopsis

t2aliana & en cebada, obteni)ndose el doble de acumulación de +inc en las semillas'Estos ejemplos, -ue aún están en la etapa de laboratorio, demuestran, junto a muc2os

otros, -ue es posible desarrollar con )8ito programas de biofortificación de nutrientes ena-uellos cultivos -ue sirven de base alimentaria' Gambi)n -ue es importante estudiar elgermoplasma (es decir, buscar variedades presentes en la naturale+a& de cada cultivo afin de encontrar ecotipos -ue tengan altos niveles de micronutrientes para introducirlos alas variedades comerciales con programas de mejoramiento'=tra alternativa -ue 2an intentado varios laboratorios, es modificar en los cultivos losniveles de a-uellos compuestos -ue in2iben la biodisponibilidad de algunos mineralesimpidiendo su absorción durante la digestión' Nuevamente, este objetivo puedealcan+arse mediante mejoramiento tradicional o por inserción de genes específicos poringeniería gen)tica'

C;AC=;

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una carencia' /as carencias pueden ser de un solo nutriente, como en el caso de lacarencia de vitamina * o de 2ierro, o de muc2os nutrientes como en la desnutricióncalórico:proteica, característica de +onas muy pobres donde no 2ay posibilidad deacceder a los alimentos' /a carencia de una sustancia puede afectar al organismo enmayor o menor grado, según su función en el metabolismo' @ero, una mala nutrición no

siempre es sinónimo de carenciaL el e8ceso puede resultar tan perjudicial como la falta'Desnutrici$n oculta. /a falta de un solo nutriente, como el 2ierro, la vitamina *, o el yodose llama 7desnutrición oculta; por-ue puede no provocar síntomas visibles, reconocibles oasociados a la falta de un nutriente, pero si se 2ace un análisis de sangre se detecta' En*rgentina 2ay un índice muy alto de anemia por carencia de 2ierro en la dieta'Diversidad biol$gica. /a diversidad biológica o biodiversidad no consiste solamente en lavariedad de las especies, sino -ue concierne a la totalidad del mundo viviente, de losgenes a la biosfera' 5oy se reconoce -ue la actividad 2umana forma parte de esabiodiversidad' /os 2ombres pueden ser agentes perturbadores de la naturale+a

(contaminación, destrucción de 2ábitats, desaparición de especies, etc& pero tambi)n soncapaces de mantenerla' En este punto se incluyen procesos de la biotecnología modernaaplicada a la agricultura y al medioambiente (biorremediaciónL ver Cuaderno Nº 9&' Esposible considerar el valor instrumental del la biodiversidad. los bienes y servicios -ueproporciona, los conocimientos -ue los científicos obtienen de ella' @ero, además, losaspectos est)ticos -ue suscitan'Biodiversidad biotecnología. El desarrollo de la ingeniería gen)tica, -ue trata a losgenes como una materia prima, 2a introducido un punto de vista muy diferente sobre labiodiversidad. se la considera como una gran reserva de recursos -ue convieneaprovec2ar' Esto obedece no sólo a su capacidad de sustentar sistemas de producción

estables en medios marginales' * medida -ue la presión demográfica aumenta, losproblemas ambientales (desertificación, deforestación, erosión, etc'& se agravan, y losagricultores necesitarán nuevas variedades de cultivos -ue puedan crecer en condicionesadversas, sin agregarles cantidades cada ve+ mayores de fertili+antes y de productosagro-uímicos' Como las posibilidades de e8pansión de las +onas cultivadas del mundo sonlimitadas, cada nueva generación de una especie vegetal tendrá -ue ser más productiva-ue las anteriores' /as t)cnicas actuales de la ingeniería gen)tica 2acen posibletransferir genes de un organismo vivo a otro, o modificar su dotación gen)tica paraobtener nuevas propiedades más interesantes' /a ingeniería gen)tica puede aportar unasolución a problemas -ue los medios de reproducción convencionales eran incapaces de

resolver, por ejemplo, el desarrollo de variedades de cultivos con resistencia a las plagas y enfermedades más frecuentes y capaces de soportar la se-uía'Conservaci$n de la biodiversidad. /a diversidad se puede conservar in situ (en el lugardonde se produce& en estado silvestre o en las 2uertas, o bien e8 situ (fuera del lugar deproducción& en bancos de germoplasma situados en lugares distintos del 2ábitat naturalde la planta' /a conservación e8 situ se da solamente en el ámbito de especies y genes, ya-ue consiste en conservar el germoplasma fuera de su 2ábitat, a trav)s de conservaciónde semillas, tejidos, c)lulas vegetales o ejemplares completos' Esto da origen a cuatro


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formas fundamentales de conservación. bancos de semillasL bancos de conservación invitro L colecciones vivas a campoL y jardines botánicos'?e sugiere revisar las consideraciones metodológicas del Cuaderno Nº D# -ue profundi+aen conceptos tales como 7recursos;, 7desarrollo sustentable;, 7agroecosistema;, y last)cnicas para la conservación de los recursos naturales'

Este Cuaderno permite plantear un tema interesante respecto de la controversiaalrededor de los alimentos transg)nicos' Es importante dejar en claro -ue la biotecnologíamoderna no se propone, ni puede, terminar con el 2ambre en el mundo, un problema -ueinvolucra aspectos sociales, económicos y políticos complejos' ?in embargo, el ejemplo -uese anali+a en el te8to permite concluir -ue la biotecnología puede responder anecesidades puntuales y ofrecer soluciones a circunstancias específicas' e este modo, labiotecnología sí puede reali+ar una contribución importante -ue se suma a otras acciones-ue deben implementarse para intentar paliar el 2ambre en el mundo'

C;EAC=;alnutrición y desnutrición' esnutriciónoculta' iversidad biológica'

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a& erdadero' Es un caso de desnutrición de una sustancia -ue causa, principalmente, problemasen la visión, y puede provocar la muerte en ni1os en casos severos de malnutrición'

b& erdadero' ?e trata de productos con alta proporción de nutrientes' n ejemplo, es la batata-ue aumula vitamina * (por eso su color anaranjado&'

c& -also' Es producto de la introducción, mediante t)cnicas de ingeniería gen)tica, de dos genes a

fin de completar la ruta biosint)tica de los carotenoides en el endosperma de arro+' @or ello,es un ejemplo de biotecnología moderna'

d& -also' El objetivo del programa es disminuir la deficiencia en vitamina * -ue tienen los paísescuya dieta se basa casi e8clusivamente en el consumo de arro+ blanco'

e& -also' /as nuevas generaciones de arro+ dorado 2an sido obtenidas por transformación delgenoma de arro+ con genes obtenidos de otros vegetales, mejorando así la actividad de lasen+imas resultantes y, por ende, la cantidad de beta carotenos obtenida'

f& -also' * los carotenoides -ue pueden ser convertidos en vitamina * en el organismo se losconoce como pro vitamina *' /os beta carotenos son los más eficientes en tal proceso'

Actividad 7% ectura e interpretaci$nEl objetivo de esta actividad es anali+ar e intepretar un te8to de actualidad -ue presentanuevos desarrollos biotecnológicos en la planta de arro+ destinados a promover mejorasen la salud de la población'

+Producen arroz modificado con dos genes umanos,Nota obtenida de la sección Novedades del sitio III'por-uebiotecnología'com'ar' @ublicado el . #HA%H!AA Un pequeño laboratorio de biotecnología de los Estados Unidos anunció que logró fabricar arroz modificado

genéticamente con dos genes humanos y capaz de producir dos proteínas que reducen el riesgo de diarrea en loschicos, informó en su edición de ayer el diario español El País. os genes incorporados al culti!o de las plantas dearroz, que pasaron con é"ito los primeros ensayos realizados en Per#, dirigen la producción de lactoferrina ylisozima, dos proteínas presentes sólo en la leche, la sali!a y las l$grimas femeninas. %Este arroz con lactoferrinaes un proyecto interesante, porque la lactoferrina es una proteína presente en la leche materna &y no en la de!aca' que captura el hierro. (omo la mayoría de las Escherichia coli que causan las diarreas son dependientesdel hierro, este arroz podría generar un medio ambiente hostil y e!itar la proliferación de estos microorganismosnoci!os )e"plica el doctor *arcelo (riscuolo, director e+ecuti!o de la empresa argentina io-idus). Por otro lado,este tipo de técnicas de molecular farming ofrece ba+os costos de producción y alta cantidad de producto.% Elequipo de io-idus desarrolló plantas de tabaco modificadas que producen factor de crecimiento epidérmico, unasustancia que generan las gl$ndulas subma"ilares y que tragamos con la sali!a. El factor de crecimientoepidérmico reepiteliza el tubo digesti!o y podría utilizarse como cicatrizante en el tratamiento de la #lcera. En el

caso del culti!o de arroz transgénico, las proteínas fabricadas por los genes humanos también podrían utilizarseen sueros de rehidratación oral. os ensayos realizados en /0 chicos peruanos por el 1nstituto Especializado de-alud del 2iño de ima demostraron que la recuperación de la deshidratación que pro!oca la diarrea infantil con elsuero enriquecido con las proteínas que produce el arroz se logró en tres días, comparados con los cinco quelle!an en promedio si se los trata con los sueros tradicionales. Estos resultados se presentaron en la #ltimareunión anual de las -ociedades 3cadémicas de Pediatría, realizada en -an 4rancisco, Estados Unidos. 5 adiferencia de lo que se podría pensar, el laboratorio que realizó el anuncio, 6entria ioscience, es una empresacon culti!os de arroz en /0,7 hect$reas de 8reen!ille &(arolina del 2orte, EE. UU.' y en la que traba+an tan sólo9 empleados. Un antecedente de este arroz modificado con genes humanos es el denominado arroz dorado, porsu color anaran+ado, que se presentó en :;;. Este arroz contenía genes de otras plantas con capacidad deproducir la fuente de la !itamina 3, beta)caroteno, para contrarrestar su déficit en las poblaciones que son altas


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consumidoras de este alimento. El doctor Esteban

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