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La semilla de la investigación
Diego de la Encina Rodríguez
Raphael Mechoulam, profesor israelí de química y reconocido pionero de la investigación del cannabis, falleció en marzo de 2023. Fue célebre por haber aislado y determinado la estructura y síntesis total de la molécula Δ9-tetrahidrocannabinol (THC), el principal ingrediente psicoactivo de la marihuana, y por sus trabajos con el sistema endocannabinoide. Sus estudios fueron cruciales para conocer la fisiología del sistema nervioso. Hoy en día continúa la exploración en torno a los compuestos de la planta Cannabis sativa. En este sentido, el proyecto CANNADIG, liderado por investigadores de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche y de la Universidad de Alicante (UA), busca mejorar el rendimiento del cultivo de cáñamo y avanzar en su trazabilidad digital. El equipo monitorea la planta para predecir la evolución de los niveles del cannabidiol o CBD, un compuesto cada vez más utilizado en la industria farmacológica y cosmética por sus propiedades.
El CBD es uno de los 113 compuestos orgánicos que se encuentran en la planta Cannabis sativa y puede representar hasta el 40% del extracto de la flor de algunas variedades. Despierta gran interés en la industria por sus diversas aplicaciones que se extienden mucho más allá del ámbito medicinal, con usos en la producción de fibras (muebles, estructuras arquitectónicas, textil o fabricación de papel), para la alimentación de ganado, biorremediación de suelos contaminados, etc. En España, la superficie destinada al cultivo regulado de cáñamo se ha multiplicado por ocho desde 2016, ha pasado de 61 a 510 hectáreas de plantación, según los datos de 2020 del Fondo Español de Garantía Agraria (FEGA). Se necesita una autorización de la Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios (AEMPS) para cultivar las plantas de cannabis con fines científicos.
En CANNADIG, se siguen dos grandes líneas de investigación: la mejora de la producción ecológica del CBD y la trazabilidad digital del cultivo. El grupo de investigación también incluye los centros CEBAS (Espinardo, Murcia) y CIDE (Moncada, Valencia), en el marco de la Convocatoria AGROALNEXT. El proyecto cuenta con fondos europeos del programa NextGenerationEU, nacionales del Ministerio de Ciencia e Innovación y regionales de la Generalitat Valenciana.
Producción sostenible de CBD
Uno de los responsables de CANNADIG es el investigador del Instituto de Investigación e Innovación Agroalimentario y Agroambiental (CIAGRO-UMH) José María Cámara Zapata. Aunque pretenden optimizar el proceso de obtención de cannabidiol en invernadero, Cámara Zapata afirma que también evalúan estrategias de mejora de la producción al aire libre. De hecho, en la Escuela Politécnica Superior de Orihuela (EPSO) de la UMH se están realizando pruebas adicionales en parcelas exteriores.
El invernadero donde realizan las pruebas tiene la peculiaridad de contar con un sistema agrovoltaico, es decir, una sinergia entre la obtención de energía solar y la agricultura. Emplean una malla fotovoltaica de sombreo que difiere de las placas solares convencionales de silicio. Resulta muy versátil: se puede plegar o desplegar para usarla durante momentos puntuales (en las horas centrales del día, sobre todo); regula la cantidad de radiación que llega a la planta; genera electricidad mientras produce sombra; reduce el impacto ambiental y disminuye los costes. Se estudiará el comportamiento de esta aplicación innovadora y su rentabilidad para producir energía y biomasa, especialmente en términos de los principios activos como el CBD.
El cáñamo contra el cambio climático
Además, el cáñamo tiene un papel importante en la mitigación del cambio climático por su capacidad para absorber dióxido de carbono (CO2). Existen estudios que afirman que una hectárea de estas plantas secuestra de 9 a 15 toneladas de CO2, cantidad similar a la capturada por un bosque joven, con la ventaja de que la Cannabis sativa solo tarda cinco meses en crecer. El equipo de CANNADIG utiliza medidores de intercambio de gases para obtener información precisa sobre la concentración de CO2 dentro de las hojas. Además, evalúan la evapotranspiración, que indica si una planta está captando más o menos materia orgánica a partir de la luz solar, el gas carbónico y el vapor de agua en su entorno. Cámara Zapata comenta que “esa materia vegetal que ha fijado grandes cantidades de CO2 , se convierte en reservorios de carbono como muebles o instalaciones para fijación de taludes en autovías y carreteras”.
Estrés y crecimiento del cannabis
En condiciones óptimas de hidratación, temperatura y calidad de suelo, las plantas tienden a enfocarse en el crecimiento y en la producción de materia orgánica a través de la fotosíntesis. Sin embargo, cuando se enfrentan a desafíos como sequías, salinidad, metales pesados o altas temperaturas, las plantas responden con una activación del metabolismo secundario. Esto implica una síntesis de compuestos que les ayuda a defenderse contra el estrés ambiental. En el caso del cannabis, algunos de esos elementos son los terpenos, entre los que se encuentra el CBD. Generalmente, estos metabolitos secundarios suelen estar asociados con la calidad de la producción. “Así, cuando la gente prefiere los tomates cultivados al aire libre, no es consciente de que esta mejora de la calidad se debe a una elevada radiación solar”, indica el investigador de la EPSO.
El proyecto de investigación CANNADIG busca mejorar la producción ecológica del CBD y la trazabilidad digital del cultivo
Otra tecnología que se está empleando en el proyecto es la cámara hiperespectral. Esta herramienta proyecta luz en la planta y mide la radiación que refleja, que variará según la composición del material vegetal. En el laboratorio se comparan los resultados del análisis espectral con los de la composición de metabolitos secundarios. Esto permite establecer la huella digital de compuestos como el CBD y abrir un amplio abanico de aplicaciones potenciales. Entre estas utilidades, destaca la capacidad de monitorear en el invernadero la evolución de los niveles de cannabidiol a lo largo del ciclo de crecimiento del cáñamo. De esta manera, se pretende apoyar a los productores en la toma de decisiones sobre el momento adecuado para la cosecha.
Trazabilidad digital: de la semilla al producto final
Perder la pista a un artículo en el curso de su elaboración puede suponer un auténtico riesgo para las empresas. Para ello, tener un historial virtual del producto puede ayudar mucho. En CANNADIG, la trazabilidad digital permite mantener registros de todos los trámites, licencias y pasos necesarios en el proceso de producción del CBD. Proporciona a los consumidores la seguridad de que están adquiriendo una planta que ha sido monitorizada desde la semilla, hasta el producto final. El responsable de este apartado es Francisco Javier Ferrández Pastor, coordinador del Laboratorio Industria 4.0 en la UA.
Paralelamente, como trabajan con tantos datos de sensores, están experimentando con la tecnología de blockchain que actúa como notaría digital. Esto garantiza que la información registrada en la cadena de bloques no pueda ser alterada o manipulada, lo que es crucial para asegurar la autenticidad de la producción. Por ejemplo, si alguien pregunta sobre el origen de una semilla o los procesos utilizados en el cultivo, puede cerciorarse a través del blockchain. Ferrández Pastor informa que “este mecanismo es muy sólido, pero cabe la posibilidad de que los datos enviados por los sensores puedan ser falseados o incorrectos por falta de mantenimiento. En cualquier caso, la información queda registrada y es imposible modificar lo enviado en fecha y valor. Es cuestión de tiempo que se detecten los errores de mantenimiento o las manipulaciones”.
Del mismo modo, se quiere ayudar a los agricultores con los ‘gemelos digitales’, o sea, una copia virtual de la planta y su comportamiento en diferentes condiciones. A esta reproducción se le incorporan datos en tiempo real que son captados a través de los diferentes sensores. Una vez recolectada dicha información, se procesa con Inteligencia Artificial. De esta forma, podrán tomar decisiones óptimas sobre cómo cultivar cáñamo en condiciones virtuales antes de aplicarlas en la realidad.
El desafío de CANNADIG es que estas tecnologías sean accesibles, simples de usar y que realmente ayuden a los agricultores a obtener un mejor rendimiento en sus cultivos. A menudo, las técnicas existentes pueden resultar costosas, poco intuitivas y difíciles de mantener. Sofía Pardo Pina, graduada en ingeniera agrónoma por la EPSO y técnica de investigación del proyecto, espera que “este trabajo ayude a normalizar el cultivo y acabe con el estigma del cannabis”.
