Investigadores del IGI están utilizando CRISPR para alterar el cultivo básico de la yuca, haciéndolo más seguro y fácil de comer.
Michael Gómez creció comiendo yuca con su familia colombiana. Ahora está editando sus genes.
«De pequeño la conocía como ‘yuca’. Era una parte importante de nuestra dieta. Cuando tuve la oportunidad de trabajar en un cultivo que consumía regularmente con la familia, pensé que era una oportunidad increíble», dice Gómez, postdoc en el Laboratorio Staskawicz del IGI.
La yuca recibe muchos nombres: yuca, mandioca, muhogo, tapioca. El almidón de las raíces tuberosas de la mandioca da lugar a las perlas masticables del té boba y a las burbujas del pudín de tapioca, y se encuentra en una gran variedad de productos sin gluten. En todo el mundo, es uno de los cultivos de raíces más importantes.
«Aproximadamente mil millones de personas en todo el mundo dependen de la yuca como fuente de calorías, incluyendo alrededor del 40% de los africanos. La yuca no es realmente un alimento básico en los Estados Unidos, pero en muchas partes del mundo, particularmente en los trópicos, es un cultivo increíblemente importante», dice Jessica Lyons, investigadora principal de este proyecto de edición del genoma de la yuca en el IGI.
La yuca es importante, pero también viene con un problema incorporado que inspiró al equipo del IGI a trabajar en ella: el cianuro. Las raíces de la yuca producen naturalmente el precursor del cianuro. Con el tiempo, el consumo de cianuro puede tener efectos que van desde sutiles problemas cognitivos hasta el konzo, una grave enfermedad caracterizada por la parálisis repentina e irreversible de las piernas.
El procesamiento adecuado puede eliminar el cianuro de la yuca, pero muchas personas consumen yuca insuficientemente procesada. Este es un problema especialmente en las zonas del África subsahariana que han sufrido sequías, hambrunas e inestabilidad. Los efectos de la toxicidad son peores en lugares donde la gente no tiene fácil acceso a las proteínas en su dieta, que ayudan a desintoxicar el cianuro y mitigan sus efectos.
Además de los impactos en la salud, el procesamiento necesario para eliminar el cianuro de la yuca es una carga que recae principalmente en las mujeres. El procesamiento industrial requiere mucha energía y produce aguas residuales cargadas de cianuro.
«Si somos capaces de evitar la producción de cianuro para empezar, el procesamiento podría ser mucho más rápido y fácil para las familias y, principalmente, para las mujeres que hacen el trabajo», dice Lyons.
Edición del genoma en la yuca
Para hacer realidad la yuca sin cianuro, Lyons, Gómez y el equipo de investigadores del IGI están utilizando la edición del genoma CRISPR para bloquear la producción de cianuro.
«Primero aplicamos CRISPR para diseñar la resistencia a una enfermedad problemática en África oriental y central llamada enfermedad de las rayas marrones de la yuca, en colaboración con el Centro de Ciencias Vegetales Danforth en San Luis, Missouri», dice Gómez. «Usamos CRISPR para dirigirnos a dos genes específicos, y mostramos una reducción de la gravedad y la incidencia de los síntomas».»
«Cuando haces un cruce, es como si lanzaras todos los rasgos, tanto buenos como malos, al aire y no puedes controlar lo que obtienes… CRISPR es mucho, mucho más rápido que la cría convencional, y es preciso.»
Pasar al cianuro era el siguiente paso lógico para el equipo del IGI y los colaboradores del Centro Danforth. La vía biosintética del cianuro en la yuca ya se conocía bien, lo que proporcionaba una hoja de ruta para la edición del genoma. Además, otros investigadores demostraron que era posible interferir en esta vía mediante una técnica conocida como ARN de interferencia (ARNi) y reducir de forma medible los niveles de cianuro.
«La edición del genoma es más limpia que el ARNi. Proporciona una eliminación completa y hace un cambio en el genoma que es estable y heredable», dice Lyons.
Las técnicas convencionales de cultivo podrían, en teoría, eliminar el cianuro, aunque todavía no ha ocurrido en más de 7000 años de domesticación. Uno de los problemas que plantea la obtención de rasgos no deseados en la yuca es que suele cultivarse a partir de esquejes, lo que produce clones de la planta madre. El método convencional consiste en cruzar plantas con características deseables y cultivar la descendencia a partir de semillas.
«El cultivo de la yuca lleva mucho tiempo y las plantas no siempre florecen al mismo tiempo. Cuando se realiza un cruce, es como lanzar al aire todos los rasgos, tanto buenos como malos, y no se puede controlar lo que se obtiene en la descendencia. CRISPR es mucho, mucho más rápido que la cría convencional, y es preciso», dice Lyons.
Lo que viene para la yuca
Cuando el equipo del IGI habla de su trabajo con la yuca, a menudo se les hace una pregunta clave: ¿El cianuro de la yuca sirve para algo?
«Puede desempeñar un papel antiherbívoro, disuadiendo a algunos insectos y animales. Sin embargo, muchas plagas han evolucionado para tolerar esta toxina y algunas incluso se sienten atraídas por ella. ¿Qué importancia tiene para la resistencia de las plagas? Al eliminar la vía, ahora tenemos una forma de estudiar científicamente el papel que desempeña el cianuro», dice Gómez.
Todavía pasará algún tiempo antes de que los agricultores dispongan de una variedad de yuca sin cianuro. En primer lugar, se necesitarán estudios de campo con organizaciones asociadas en África, y la investigación no se detiene en una sola variedad.
«Los agricultores de diferentes partes del mundo pueden elegir cultivar una variedad en lugar de otra debido al sabor, la madurez temprana, el alto rendimiento, y más. Nos gustaría preservar esa diversidad», dice Lyons. «Lo bonito de la edición del genoma es que podemos desarrollar el método y luego aplicarlo a otras variedades. Estamos creando la plataforma, y luego podemos ampliarla a otras variedades que los agricultores prefieran».
Gracias a CropLife International y a la Asociación Americana de Comercio de Semillas por perfilar esta investigación en el vídeo de arriba.
Por Andy Murdock
Andy Murdock es licenciado y doctor en Biología Integrativa por la UC Berkeley. Antes de incorporarse al IGI como Director de Comunicaciones, Andy dirigió las comunicaciones de investigación de la Oficina del Presidente de la UC, y ha sido editor jefe de Airbnb y editor digital de Lonely Planet. Los escritos de Andy han aparecido en lugares como Vox, BBC, Discovery, el Washington Post y el San Francisco Chronicle.