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Luis Daniel Ortega Martínez, Victoria Conde Avila y Laura Katerine Díaz Sepúlveda
Resumen
En la agricultura convencional y tecnificada, el uso de plaguicidas para garantizar la producción de alimentos se ha justificado como inevitable, cada vez son más los estudios que ofrecen algunas alternativas biológicas para reducir o sustituir su uso. Los plaguicidas son insumos agrícolas de diferentes orígenes químicos que ayudan a controlar o disminuir pérdidas económicas debido a la presencia de insectos, hongos o hierbas no deseadas. Sin embargo, los efectos adversos de estas sustancias son devastadores para los ecosistemas y para la salud humana. Provocan contaminación del aire, agua y suelo, afectaciones a otros seres vivos, y están asociados a padecimientos como el cáncer, estrés oxidativo y daño neurológico en humanos. Por muchos años se han documentado los riesgos asociados al uso y exposición a plaguicidas, es indispensable hacer énfasis en la búsqueda de alternativas biotecnológicas que tienen el potencial de ayudar a reducir la dependencia a sustancias químicas a gran escala. El reto que se presenta es enorme, pero puede ser abordado de forma novedosa a partir del uso de microorganismos, el estudio de los mecanismos de respuesta y defensa vegetal, la aplicación de compuestos biológicos y otras tecnológicas.
Palabras clave: biocidas, biotecnología, control biológico
Los plaguicidas son sustancias de origen químico muy diverso que varía de acuerdo con la plaga a la que esté dirigida. Suelen tener impactos no solo en los organismos plaga, sino que afectan por principio a otros seres vivos, tanto de forma directa como indirecta. Se estima que anualmente ocurren alrededor de 385 millones de casos de envenenamiento involuntario y no mortal debido a plaguicidas, principalmente en personal que realiza actividades agrícolas. Lo anterior resulta en aproximadamente 11,000 muertes a nivel mundial (ONU, 2023). Mientras los efectos directos son evidentes, los indirectos suelen menospreciarse debido a que no se observan a simple vista, permitiendo que se agraven con el uso y exposición continuo a estas sustancias, aún en dosis muy pequeñas. Pese a los peligros, la evidencia de daño directo e indirecto, y algunas alternativas menos agresivas para el control de plagas, la demanda, producción y uso de sustancias químicas sorpresivamente ha aumentado de manera exponencial en las últimas décadas.
La problemática y dependencia a plaguicidas está contemplada en acuerdos y políticas internacionales con el propósito de proteger la salud humana y del entorno. Se ha propuesto la prohibición de algunos de los compuestos más dañinos, entre ellos muchos compuestos de la familia de los organoclorados. Sin embargo, la prohibición, en el mejor de los casos, lleva solo a la sustitución por otros que no son del todo más seguros. Por ejemplo, sustituir compuestos organoclorados por organofosforados, mientras los primeros suelen ser más dañinos y permanecer más tiempo en el ambiente, los organofosforados tienen mecanismos de funcionamiento similares y se usan en mayor cantidad. De ese modo el daño permanece, ya que las sustancias sustituto solo son ligeramente menos tóxicas y persistentes, por lo que no son una solución benéfica ni definitiva. (Martínez et al., 2019)
Una manera de disminuir la exposición y contaminación por plaguicidas es generar alternativas de origen orgánico e implementar practicas más seguras. Para ello, la biotecnología ofrece vías prometedoras para la búsqueda de metabolitos y sustancias que puedan ser aplicadas en la producción sostenible de alimentos. La biotecnología combina los principios de las ciencias naturales y la ingeniería para lograr la aplicación de organismos vivos o sus componentes biológicos para obtener productos eficientes y no contaminantes. Esta tecnología tiene importantes alcances en el desarrollo social, económico o ambiental y de aplicación en numerosos sectores, puntualmente en la producción de alimentos y productos de origen natural.
La biotecnología emplea diversas herramientas, tanto biológicas, genéticas o computacionales para hacer frente a los retos ecológicos (Amaro, 2023), por ejemplo, el uso de plaguicidas. De acuerdo con la Agencia de protección ambiental de Estados Unidos (EPA por sus siglas en inglés), podemos clasificar a los plaguicidas de origen natural en tres categorías. 1) microbianos, 2) bioquímicos y 3) plantas que incorporan en su ADN sustancias protectoras. Al respecto podemos mencionar algunos de los ejemplos y estrategias que desarrolla la biotecnología en el tema de control de plagas.
Algunos microorganismos como hongos y bacterias producen sustancias que usan para sobrevivir en competencia por nutrientes y espacio. Los mecanismos que emplean se basan en principios básicos de infección y en sus interacciones. El descubrimiento y análisis de estos los mecanismos, o sustancias que producen para protegerse, ha dado origen a la aplicación de estrategias y productos para el control biológico de plagas (Chulze, 2023). Los productos microbianos se elaboran con derivados de bacterias y hongos o aplicando directamente los microorganismos. Las bacterias y los hongos utilizados con este propósito suelen actuar sobre organismos de un tipo específico. Entre las bacterias que se usan en el control de plagas, una que destaca por su acción insecticida es Bacillus thuringiensis, esta bacteria produce proteínas tóxicas para los insectos inmaduros o larvas. Como estas proteínas actúan específicamente sobre las larvas, el riesgo es mínimo para los seres humanos y otros animales. En cuanto a hongos podemos mencionar a Beauveria bassiana, Metarhizium spp., Lecanicillium spp, etc. que han sido usados contra insectos chupadores (áfidos, mosca blanca, escamas, chicharritas y chinches). Una ventaja de los hongos como controladores de plagas es que no necesitan ser ingeridos. Funcionan gracias a que las esporas, (células resistentes del hongo), se adhieren a la cutícula del insecto e inician el reconocimiento y activación de enzimas para invadirlo, una vez que el hongo ha ingresado a la cutícula del insecto le provoca la muerte. Otro mecanismo es el de los hongos que compiten con otros hongos (antagonistas) como Trichoderma. Trichoderma inhibe el crecimiento de hongos que parasitan a las plantas (fitopatógenos) como Fusarium y Rhizoctonia. Para lograr este objetivo, Trichoderma compite por espacio y nutrientes, los infecta (micoparasita) o produce enzimas que matan a los hongos con los que compite (antibiosis). Adicionalmente, gracias a la versatilidad y diversidad de los microorganismos, algunas rizobacterias actúan de manera indirecta, activando la defensa física y bioquímica en las plantas al estimular la producción de compuestos repelentes.
De manera tradicional, las plantas y sus compuestos se han usado como repelentes y controladores de insectos y otras plagas. Dada su efectividad, la biotecnología vegetal ahora estudia los principios activos, síntesis y efectividad de diversas especies vegetales con efecto repelente o insecticida. Cabe mencionar: que una sustancia sea orgánica no significa que no sea capaz de causar daño a seres vivos, los plaguicidas de origen vegetal son un gran ejemplo de ello. Siguiendo el criterio de organismos internacionales como EPA y la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), las diferencias fundamentales de los plaguicidas vegetales con los plaguicidas químicos consisten en su origen, especificidad y modo de acción al evitar el uso de toxicidad directa en altas concentraciones. Las plantas producen múltiples compuestos no esenciales para su crecimiento (metabolitos secundarios) que funcionan como defensa ante patógenos. Entre los compuestos más comunes se encuentran los terpenos, que provocan repelencia y evitan que las plagas depositen sus huevos; los fenoles y taninos que repelen a depredadores por su sabor; las cumarinas que inhiben el crecimiento de hongos y son tóxicas para nemátodos, ácaros e insectos; los alcaloides que tienen efectos tóxicos; los glicósidos cianogénicos que liberan cianuro como compuesto tóxico; compuestos azufrados que funcionan como insecticidas y nematicidas, entre otros. Una ventaja deseable adicional a los plaguicidas vegetales es que, pese a su efecto contra otros seres vivos, se descomponen rápidamente y no suelen causar resistencia. Actualmente, se estudia tanto la efectividad como la toxicidad de estas sustancias para asegurar que sean empleadas en dosis efectivas y seguras. Algunas son tan eficaces que al identificar sus componentes han inspirado el desarrollo de plaguicidas de síntesis química sumamente potentes, por ejemplo, las piretrinas de plantas como el crisantemo.
Las plantas modificadas genéticamente también se consideran una alternativa a los plaguicidas, ya que se les han añadido genes y proteínas de origen natural que tiene este efecto. (Romero, 2019). Por ejemplo, se han transferido genes de B. turingensis a algunos cultivos, esto los protege de los insectos sin necesidad de aplicar sustancias adicionales para su control, es decir, tienen un efecto contra plagas ya incorporado. Para ello se emplean diferentes técnicas y ha sido probado tanto para repelencia a insectos o control de enfermedades, como para generar resistencia a virus en los casos más avanzados. Recientemente, la herramienta de edición genética CRISPR-Cas9, un acrónimo de "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas), permite realizar modificaciones específicas en el ADN de los organismos, incluyendo plantas. En el ámbito de los plaguicidas, el uso de esa tecnología pretende conferir resistencia a enfermedades y plagas en los cultivos o modificar a los organismos plagas. El empleo de estas estrategias plantea cuestionamientos de salud, éticos y ambientales no resueltos. Por lo tanto, su investigación y uso debe hacerse bajo principios éticos y de responsabilidad regulables, considerando que su liberación al ambiente puede interferir con la diversidad y procesos complejos de la naturaleza difíciles de prever.
En conclusión, al comparar los efectos de los plaguicidas químicos convencionales, algunas de las propuestas biotecnológicas para reducir o sustituir su uso representan una alternativa con mayor especificidad, baja acumulación en el ambiente, fácil degradación y por lo tanto suponen menores riesgos a la salud. Por ello, se espera que el uso de estas alternativas orgánicas supere el uso de plaguicidas tóxicos convencionales en algunos años. Sin embargo, las aplicaciones de edición genética deben evaluarse con mayor detalle y precaución debido al impacto que tendrían en un ecosistema activo y cambiante, especialmente al tratar con organismos problemáticos como suelen ser las plagas.
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