La biotecnología en la producción animal I

antes

DEL AULA

La biotecnología

EN LA PRODUCCIÓN ANIMAL I

José de Lucas Tron Arturo de Lucas Arbiza

p ica s a w e b . g o o gl e .com

La demanda de alimentos para La los próximos 25 años se ha

convertido en un verdadero reto para la humanidad, y la pregunta con obligada es: ¿Cómo alimentar a los cerca de 2000 millones de habitantes obl más con que contará el mundo (8000 millones es la cifra estimada para más el 2025), cuando los recursos de tierra y mares, como bien sabemos, el 2 son fi nitos y cuando la conquista del espacio aún se encuentra lejos de son ser una solución real? ser

hasta el momento, el hombre ha solucionado el constante aumento en la demanda de productos para la alimentación a costa de cambios en las formas de producción, las cuales implican la utilización de nuevas áreas para el cultivo, maquinarias más efi cientes y complejas que faciliten las labores agrícolas, el uso de mayores insumos y tecnologías que, aplicadas a los seres vivos, los han llevado a los límites de su capacidad biológica. Es indiscutible hoy que los problemas de desnutrición e incluso hambre que existen en el mundo no se deben a insufi ciencia de alimentos sino a problemáticas socioeconómicas que afectan la distribución de éstos. También es cierto que el aumento productivo no ha estado exento de transformaciones que acarrean consecuencias ecológicas con un fi nal incierto; sin embargo, la presión por generar satisfactores, principalmente alimenticios, ha justifi cado, hasta el momento, estos cambios.

Una disciplina que ha venido desarrollándose y tomado auge en los últimos tiempos con el fi n de resolver una serie de problemas de orden alimenticio, de la salud y de uso industrial es la llamada biotecnología.

Foto 1. Diagnóstico de gestación en una oveja usando ecografía.

Foto: Arturo de Lucas Arbiza y José de Lucas Tron.

La palabra biotecnología tiene su origen en el griego bios (“vida”), tekné (“arte, técnica u ofi cio”) y logos (“razonamiento, estudio o ciencia”), es decir, el uso o la aplicación de técnicas a la vida. La biotecnología fue defi nida por la Convención de las Naciones Unidas sobre la Diversidad Biológica como “cualquier aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos, organismos vivos o derivados de los mismos para generar o modifi car productos o procesos para uso específi co”.

La agricultura se considera prioritaria en el uso de la biotecnología aplicada porque se trata de combatir la escasez de alimentos. Las ciencias mecánicas se vinculan a la utilización de aparatos, herramientas y equipos que permiten optimizar recursos en aras de la producción. Algunos ejemplos son los invernaderos, para controlar las condiciones ambientales como temperatura y riego, el uso de fertilizantes e insecticidas y, en la producción animal, el empleo de cercas eléctricas para lograr un pastoreo controlado y más efi ciente, por no hablar de un aparato de ultrasonido con el que establecer si una hembra está o no gestante, como se muestra en la foto 1.

En esta misma área, encontramos también que el conocimiento y desarrollo de diversas ciencias como la nutrición, la genética o la fi siología vegetal o animal –y su relación con los diversos fenómenos biológicos que infl uyen o afectan a los individuos– ha permitido incrementar y mejorar la producción. Sirvan de ejemplos los maíces y otros vegetales híbridos capaces de aumentar

Foto 2. Grupo de corderos producto del cruzamiento entre sementales Dorset y ovejas Pelibuey, con lo que se logran mejores velocidades de crecimiento y conversiones alimenticias.

Foto: Arturo de Lucas Arbiza y José de Lucas Tron.

los rendimientos de producción por hectárea o, en la producción animal, los cruzamientos para lograr mayores velocidades de crecimiento o conversión alimenticia (ver foto 2), o el empleo de determinados productos que en otras circunstancias sería impensable usar en la alimentación del ganado, como las excretas de las aves para los rumiantes, o en el control de la actividad reproductiva –la inducción o sincronización de los estros, partos o lactación–, a través de complejos hormonales.

Otra de las áreas de la biotecnología es el procesamiento o la manipulación de alimentos u otros productos donde, por medio de diferentes técnicas, se ha logrado obtener productos secundarios o subproductos para uso humano y animal. Algunos ejemplos son el empleo de microorganismos –como el caso de la levadura– para la fermentación en la producción de cerveza, o el uso de bacterias en la transformación de la leche en productos lácteos como queso o los yogures, o la extracción de aceites vegetales y la producción de textiles a partir de fi bras naturales, o el control de determinados endoparásitos en los rumiantes a través del consumo de ciertos hongos. También aquí la lista de biotecnologías es enorme.

La médica es otra gran área, y su inicio fue el uso de plantas y otros organismos como medicamentos por parte de las primeras civilizaciones y, posteriormente, la utilización de agentes infecciosos desactivados o en diminutas cantidades para inmunizarse contra estos agentes, lo que llevó al desarrollo de

antibióticos y vacunas en la medicina moderna.

Si bien la generación y el uso de herramientas en la agricultura y los animales, y la aplicación de diversos conocimientos como los mencionados permitieron obtener grandes avances en la producción de alimentos y otros satisfactores para el hombre, no fue sino hasta 1970 que la biotecnología dio un paso gigante gracias al nacimiento de la genética molecular y de la ingeniería genética como resultado de la utilización de técnicas de ADN recombinante, clonación y cultivo de tejidos. Estas nuevas tecnologías permitieron a las bacterias adoptar genes y producir proteínas de otros organismos. El primer producto obtenido de esta manera fue la insulina humana a partir de bacterias transformadas con un gen productor de in- Foto 3. Oveja Dolly, duplicada (clonada) a partir sulina; ésta antes sólo se obtenía aislándola de una célula de la glándula mamaria. del páncreas de cerdos y vacas, pero algunos diabéticos eran alérgicos a ella.

El desarrollo de estas técnicas en pocos años ha sido enorme y permite que la biotecnología moderna elabore nuevas y mejores vacunas, produzca hormonas en microorganismos genéticamente modifi cados, como la del crecimiento, hasta hace poco sólo obtenible a partir de glándulas de individuos muertos, duplique plantas sin requerir semillas gracias al cultivo de tejidos, o genere frutos o productos agrícolas más resistentes a factores ambientales como parásitos, falta de agua o descomposición retardada de frutos, con lo que se logra una mayor vida de anaquel (duran más sin descomponerse, como es el caso del jitomate).

La aplicación de la biotecnología actual y las nuevas técnicas adoptadas ha escalado de individuos unicelulares, como bacterias, a organismos pluricelulares y con estructuras más complejas, como los mamíferos. El ejemplo más reconocido es la oveja Dolly (ver foto 3), duplicada (clonada) a partir de una célula de la glándula mamaria de una oveja adulta, o cultivos transgénicos de vegetales para el consumo humano o animal, como el maíz, con la inserción de genes no pertenecientes a la especie, lo cual ha puesto en el centro de atención y discusión diversos aspectos de su uso.

El desarrollo de la biotecnología moderna ha logrado expandirse a nuevos campos como la biorremediación o biodegradación enfocada en la eliminación

Foto: cortesía de una conferencia del doctor Duane C. Kraemer.

Foto 4. Recolección de semen.

Foto: Arturo de Lucas Arbiza y José de Lucas Tron.

de contaminantes y residuos para el desarrollo de una sociedad sustentable de un menor impacto ambiental. Por ejemplo, se han logrado bacterias degradadoras de hidrocarbonos utilizadas para eliminar la contaminación de petróleo, o para la degradación de plásticos, lo que contribuye, en ambos casos, a su control.

La biotecnología, en su rama de la ingeniería genética, ocasiona gran controversia y, en muchos casos, gran rechazo, pero hay mayor aceptación y menor polémica en áreas como la medicina. Sin embargo, el campo de la alimentación, principalmente en vegetales y animales que están siendo o han sido objeto de cambios en su genoma, es el principal foco de esta gran discusión, basada en temores y dudas respecto a si la modifi cación, creación y replicación de nuevos organismos puede provocar afectaciones en la salud del hombre y los animales y en el ambiente (ecológicas). Tristemente, en los medios de comunicación, muchas personas hablan sin tener información adecuada y sufi ciente, y se han creado gran cantidad de “leyendas negras” sin sutento. Esto genera temor en quienes no son expertos en la materia, pues creen que la tecnología en sí es dañina, que cualquier producto transgénico hace mal y que altera irremediable y descontroladamente el equilibrio ecológico.

Hasta el momento, no se han encontrado fundamentos de orden científi co que apoyen estos temores, y no se han podido comprobar efectos nocivos en el hombre o en el ambiente. Esto no signifi ca que no haya que insistir en la necesidad de realizar profundos estudios y muchas pruebas antes de que cualquier producto de este tipo sea utilizado. En los temores contra la ingeniería

Foto 5. Inseminación artifi cial intrauterina de una oveja a través de endoscopía.

Foto: Arturo de Lucas Arbiza y José de Lucas Tron.

genética subyacen muchas veces ideas con implicaciones éticas e incluso religiosas muy profundas. Indudablemente, si la modifi cación en otros mamíferos es posible, también puede serlo en los hombres, en partes de ellos y en los embriones. El solo empleo de las llamadas “células madre” ya ha sido objeto de fuertes discusiones.

Otro tema de debate tiene que ver con la comercialización y el monopolio por parte de algunas empresas sobre los productos transgénicos, principalmente las semillas de varios cultivos. Pero ese problema no es de orden científi co ni técnico, y no sólo se aplica a este tipo de productos.

Las diferentes visiones o enfoques acerca de la biotecnología han generado una enorme controversia alrededor de la misma, que va desde la satanización, hasta la convicción de que será la panacea capaz de resolver, entre otros, los problemas alimenticios y de salud de los años por venir.

El tema debe analizarse sin apasionamientos y desde un punto de vista objetivo. Si partimos de la simple defi nición de biotecnología, es importante tomar en cuenta que el hombre la ha aplicando desde el inicio de la humanidad buscando su benefi cio. Baste como ejemplo una cita de la Biblia que hace referencia a cómo una pequeña porción de fermento es capaz de alterar o fermentar una cantidad considerable de harina (“…el reino de los cielos es semejante a la levadura que tomó una mujer y la encubrió en tres medidas

Foto de evaluación: Arturo de Lucas Arbiza y José de Lucas Tron; fotos de embriones: Cortesía de la maestra Alina Ordoñez.

Foto 6. Evaluación de la calidad del semen o embriones que pueden ser usados en inseminación o transferencia. de harina hasta que el todo se leudó”. San Mateo 13: 33). Existen otros ejemplos como el anterior que muestran el incipiente uso de la biotecnología, que no tendrá sustento científi co sino hasta muchos siglos después. Una idea más precisa de la concepción actual surge con la instauración de la agricultura de manera intensiva y con los grandes descubrimientos de la microbiología y sus primeras aplicaciones, como es el caso de Pasteur, en 1857, y sus fermentos para la obtención de vino y quesos. Pero este científi co es, sin lugar a dudas, más reconocido por haber sido el precursor de una de las primeras grandes biotecnologías aplicada a la salud del hombre: la elaboración de una vacuna contra la rabia en 1885. A partir de esa época, los pasos que el hombre ha dado han sido prácticamente exponenciales, hasta llegar a nuestro naciente siglo, en el que las perspectivas de hasta dónde nos puede llevar la biotecnología parecen más del área de la ciencia fi cción que de la realidad.

Sin embargo, la misma sociedad demandante de más alimentos y satisfactores es la que ahora se pregunta y preocupa por su uso y hasta dónde puede llegar. El tema no es fácil, y escapa a los objetivos de este escrito, y no deseamos entrar en una polémica difícil de aterrizar y que permita dejar contentos tanto a detractores como entusiastas del tema. Es por ello que nos concretaremos en señalar sólo algunos aspectos en los que la biotecnología –desde nuestro particular punto de vista y en el campo de la producción animal–, ya ayuda o puede ayudar a remediar problemas acuciantes de la humanidad en los próximos años, en especial la alimentación y la salud.

Algunas biotecnologías sobresalientes en la producción animal

La inseminación artifi cial (IA) y el procesamiento del semen

Esta biotecnología, aunque haya antecedentes históricos que sitúan sus inicios hace siglos, ha adquirido importancia en el siglo pasado, sobre todo en los últimos 50 a 60 años, cuando se mejoraron las técnicas de extracción del semen (ver foto 4) y pasa de ser una herramienta de tan sólo aplicación del semen en el tracto reproductor de las hembras (ver foto 5), para avanzar en las formas de evaluación, sexado (ver foto 6), dilución y conservación del semen por tiempos prolongados (ver foto 7), de tal forma que hoy en día es posible transportar el semen de un semental a lugares remotos o lograr que dure décadas; además, se puede, con una sola extracción, inseminar a muchas hembras y cada vez se está más cerca de tener la certeza de que el semen que se use sólo genere hembras o machos.

Está de más señalar que esta biotecnología ha permitido enormes avances en el mejoramiento genético animal, facilitando la disposición no sólo de individuos superiores en la producción, sino de razas (y/o especies) originarias de otros países o latitudes que de otra manera –por barreras sanitarias o económicas– no se podría tener acceso a ellas.

La clonación, la transferencia de embriones y su procesamiento De forma similar a lo acontecido con los diversos aspectos vinculados con el semen y la inseminación artifi cial, se generó una importante investigación, sobre todo en la segunda mitad del siglo pasado, en diversos aspectos reproductivos, lo cual permitió desarrollar tecnologías alrededor de la ovulación (por ejemplo, en su control) y de los embriones, como su recuperación, fertilización (in vitro), conservación y transferencia en las diversas es-

Foto 7. Termo a -196ºC que permite conservar durante años ampolletas o pajillas con semen o embriones, o bien transportarlas a otros lugares.

Foto 8. Becerras producto de clonación.

Foto: Arturo de Lucas Arbiza y José de Lucas Tron.

Foto: Cortesía de la conferencia del doctor Duane C. Kraemer impartida en Pachuca Hidalgo, México, 2005.

Enucleación

Foto 9. Enucleación de un ovocito.

Fotos: Cortesía de la conferencia del doctor Duane C. Kraemer impartida en Pachuca Hidalgo, México, 2005.

Recombinación

Foto 10. Penetración del ovocito y recombinación del nuevo núcleo.

Fotos: Cortesía de la conferencia del doctor Duane C. Kraemer impartida en Pachuca Hidalgo, México, 2005.

pecies domésticas. Es así que se generaron metodologías que permitían y permiten superovulaciones que –transformadas en embriones–, han sido objeto no sólo de su recolección sino de evaluación y sexado. Además, los avances están llevando a determinar enfermedades o posibles padecimientos futuros en los embriones humanos.

La biotecnología que hay atrás de esto es enorme y muy importante, ya que incluye –sólo por citar algunos aspectos signifi cativos– los tratamientos hormonales para generar la superovulación, las distintas metodologías para recolectar los embriones, los medios para conservarlos y las formas de congelación y preservación y, en las hembras receptoras de los mismos, su preparación hormonal y su transferencia.

De la misma forma que en la inseminación artifi cial, el objetivo primario de la transferencia de embriones es el mejoramiento genético, pero se ha ido más allá, lográndose no sólo la duplicación de embriones para generar individuos “iguales”, sino la ya mencionada clonación mediante la extracción del núcleo de un ovocito y la colocación de uno procedente de una célula somática para formar un “clon”; este hecho ha sido, como se mencionó, uno de los aspectos más espectaculares de la biotecnología moderna de los últimos años. A partir de la oveja Dolly, la clonación de otras especies es una realidad (ver foto 8), la pregunta es: ¿cuándo sigue el hombre? O si, de hecho, ya se ha consumado pero no se sabe o ha difundido. En las fotos 9 y 10 se muestran dos momentos importantes de la clonación. En la primera se extrae el núcleo y en la segunda se deposita el nuevo.

Control de ciclos productivos Un campo en el cual, sin lugar a dudas, la biotecnología ha contribuido al mejoramiento de la producción, es la posibilidad de controlar ciclos biológicos. Por ejemplo, el conocimiento de la conformación, acción o los principios activos de diversas hormonas, ha permitido que el hombre las elabore en forma artifi cial, sea por síntesis química o a través de organismos genéticamente modifi cados capaces de producir hormonas y otras sustancias en abundancia (por ejemplo, la hormona de crecimiento o somatotrofi na). Con ellas se ha podido regular la actividad reproductiva y productiva en las hembras y los machos, permitiendo cosas que bajo otras circunstancias sería muy difícil o imposible.

Por ejemplo, en el aspecto reproductivo, en la actualidad es posible lograr que hembras de comportamiento reproductivo estacional –como algunas razas de ovejas o cabras– se apareen y/o paran en momentos que bajo circunstancias normales no lo harían; también se puede lograr que presenten estros (celos en tiempos reducidos, para facilitar la inseminación natural o artifi cial, ver foto 11); que tengan más corderos por parto (es decir, que sean más prolífi cas, ver foto 12); acelerar la pubertad de los animales de reemplazo permitiendo con ello que se integren al rebaño productivo más rápido (acortando, además, los intervalos generacionales); provocar un comportamiento masculino en hembras para utilizarlas como detectoras de estro (celadoras); inducir los partos o que los machos produzcan más y mejor semen.

En el aspecto productivo, también a través de la biotecnología se pueden alterar los ciclos, por ejemplo, inducir la lactación sin necesidad de que las vacas, las ovejas o las cabras paran o bien prolongarla por medio de tratamientos hormonales.

Foto 11. Ovejas sincronizadas artifi cialmente. Obsérvense las marcas sobre la grupa dejadas por el semental después de haberlas montado.

Foto: Arturo de Lucas Arbiza y José de Lucas Tron.

Foto 12. Oveja con un parto múltiple.

Foto: Arturo de Lucas Arbiza y José de Lucas Tron.