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28 NOVIEMBRE

HISTORIAS INSPIRADORAS

Para alimentar al mundo en 2050, necesitamos construir las plantas que la evolución no hizo

Para alimentar al mundo en 2050, necesitamos construir las plantas que la evolución no hizo

Necesitamos revolucionar la agricultura en los próximos 30 años. En 2050 podemos tener casi 10 mil millones de personas para alimentar. Las tierras agrícolas ya están degradadas por la agricultura existente, y el cambio climático está ejerciendo una nueva presión sobre los cultivos y el ganado.



Con las herramientas que tenemos ahora no podemos crear nuevas razas y cultivares lo suficientemente rápido como para hacer frente a las condiciones que cambian rápidamente. ¿Cómo obtendremos fuertes rendimientos en entornos inciertos y haremos más alimentos sin usar más tierra?

Parte de la respuesta es la biología sintética: usar tecnología genética de vanguardia para construir organismos que la evolución nunca hizo. La biología sintética ya ha tenido algunos éxitos, como convertir las levaduras en pequeñas fábricas químicas y darle al algodón las cualidades de las fibras sintéticas.

En CSIRO, ya hemos utilizado la biología sintética para producir alimentos ricos en energía para el ganado. Nuestros científicos han "activado" la alta producción de petróleo en los tallos y las hojas de las plantas, lo que podría triplicar la cantidad de petróleo que producen.

Pero estos ejemplos son solo el comienzo.

¿Qué es la biología sintética?

La biología sintética aplica la teoría de la ingeniería a los sistemas biológicos. Se basa en un kit estándar de "partes" biológicas, tales como genes que se pueden combinar para generar máquinas subcelulares complejas, circuitos, dispositivos e incluso células enteras y organismos complejos de ingeniería.

Esto significa que las células y otros sistemas biológicos pueden diseñarse como placas de circuitos eléctricos. Los métodos que han tenido éxito en otras áreas de la ingeniería, como los ciclos de diseño-construcción-prueba-aprendizaje, sistemas de ensamblaje robótico y el uso de algoritmos de inteligencia artificial para extraer el significado de grandes conjuntos de datos, ahora se pueden usar en la vida misma para mejorar rápidamente los organismos de ingeniería.

Más allá de la evolución

La evolución permite a las plantas y animales explorar diferentes soluciones a los problemas que encuentran a través de mutaciones aleatorias y selección natural.

Por ejemplo, la respiración puede funcionar de diferentes maneras, y algunas de ellas son mucho más eficientes que nuestros pulmones. La evolución no necesariamente ofrece la mejor solución a un problema, solo ofrece una que permite que un organismo sobreviva en un nicho determinado.

Entonces, para cualquier problema dado, pueden existir mejores soluciones que las que ya están disponibles en biología. La biología sintética nos permite explorar este "espacio de solución" no probado mucho más rápido que la evolución, en un intervalo de tiempo de semanas o meses, en lugar de años o milenios.

Por lo tanto, la biología sintética nos permite explorar lugares donde la evolución nunca ha ido, y en algunos casos, probablemente nunca iría. Significa que podemos alcanzar los resultados elegidos para satisfacer las necesidades humanas, en lugar de las presiones evolutivas.

Cambiar el sistema

Para aprovechar al máximo la biología sintética, hay varios desafíos sistémicos que deben abordarse.

Recientemente me reuní con colegas de todo el mundo para explorar estos desafíos para la biología sintética agrícola y acabamos de publicar nuestras conclusiones en Nature Plants.

Acordamos que la biología sintética está cambiando no solo lo que entregamos sino cómo hacemos este tipo de ciencia.

El diseño de experimentos de bioingeniería de alto rendimiento es bastante diferente del enfoque personalizado de maestro-artesano que hemos utilizado anteriormente. Requiere un cambio conceptual y cultural que tiene que suceder en un período de tiempo relativamente corto. Las universidades deberán modernizar sus programas de enseñanza para mantener el ritmo.

También necesitamos construir una infraestructura robótica (conocida como "biofundries"), crear sistemas analíticos más rápidos para manejar las pruebas y desarrollar nuevos métodos de análisis de datos y algoritmos de aprendizaje automático. Una alianza global de biofoundries Recientemente se estableció para ayudar a empujar esta ciencia hacia adelante rápidamente.

La investigación básica sobre los principios fundamentales de los sistemas que pretendemos diseñar también debe ser apoyada. No podemos diseñar de manera efectiva a menos que comprendamos el sistema que estamos modificando. Diseñar un sistema de manera efectiva a su vez nos ayuda a comprenderlo.

Finalmente, debemos asegurarnos de que los problemas sociales, legales, éticos, regulatorios e institucionales relacionados con la biología sintética se aborden en paralelo con el desarrollo y el despliegue de estas tecnologías.

Una oportunidad para Australia

Australia ha reconocido la importancia de la biología sintética. CSIRO, la agencia nacional de ciencias de Australia, estableció la Plataforma de Ciencias Futuras de Biología Sintética en 2016 para desarrollar nuestra capacidad de biología sintética. Este es ahora un programa de investigación y desarrollo de A $ 60 millones con 45 socios a nivel nacional e internacional.

Incluye una fuerte inversión en ciencias sociales e innovación responsable. El Consejo Australiano de Academias Aprendidas publicó un informe de hoja de ruta para la biología sintética en 2018, y el Consejo de Investigación Australiano acaba de invertir A $ 35 millones en un Centro de Excelencia ARC en Biología Sintética.

En CSIRO, la biología sintética se está utilizando para crear algodón con las propiedades de las fibras sintéticas, como ser elástico, sin arrugas e incluso resistente al agua. Esto evita el uso de productos petroquímicos y el algodón sigue siendo biodegradable.

Y en la Universidad de Queensland estamos diseñando levadura, la misma levadura utilizada para hacer cerveza, vino y pan, para producir productos químicos agrícolas sostenibles. Los productos químicos pueden alterar los cultivos y sus asociaciones con los microbios en las raíces para que absorban los nutrientes de manera más eficiente. El objetivo es aumentar el rendimiento de las plantas de cultivo.

Tenemos mucho que hacer y un tiempo relativamente corto para hacerlo. Necesitamos explorar territorios inexplorados más allá de la evolución para resolver los problemas existenciales que enfrenta la agricultura. Las herramientas y técnicas de biología sintética que estamos desarrollando serán fundamentales para entregar la agricultura que necesitamos en un futuro desafiante.

Traducción: Cecilia González P.

Publicado: 28 de noviembre de 2019

Fuente: The Conversation

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