El arroz es un alimento básico en la mayor parte del mundo y no sólo proporciona calorías y nutrientes a miles de millones de personas cada día, sino que también es una parte integral de su cultura, especialmente en los países asiáticos. Tradicionalmente celebrado como símbolo de vida y fertilidad, la brillante imagen del grano ha sufrido en los últimos años desde que ha sido identificado como la principal fuente alimenticia de arsénico inorgánico, un oligoelemento tóxico que se encuentra en rocas y sedimentos de todo el mundo.
El arsénico se libera al medio ambiente como subproducto de las actividades mineras y del uso de pesticidas que contienen arsénico. La exposición crónica aumenta el riesgo de diversas formas de cáncer, así como de enfermedades pulmonares y cardiovasculares. En ningún lugar se pueden ver mejor los efectos adversos del arsénico que en Bangladesh, donde lo que comenzó como un programa nacional de salud para salvar vidas terminó en el peor envenenamiento masivo de la historia.
Durante la primera mitad del siglo XXth Durante el siglo XIX, el cólera y otras enfermedades infecciosas fueron una amenaza constante para la población, que dependía de ríos y lagos contaminados como principal fuente de agua. En la década de 1970, el gobierno y las agencias de ayuda internacional realizaron esfuerzos masivos para abastecer a la nación con agua subterránea "más limpia" mediante la construcción de miles de pozos en todo el país. Sin que nadie lo supiera, el agua subterránea en Bangladesh tiene un alto contenido natural de arsénico, un asesino lento que solo revela su cara sombría después de años de exposición constante. Millones de personas fueron, y aún continúan siendo, envenenadas lentamente por beber agua con arsénico y comer arroz con arsénico. Bangladesh tiene el mayor consumo de arroz del mundo, con más de 250 kg por año per cápita; por lo tanto, la dieta diaria representa una ruta importante de exposición al arsénico. El problema puede ser especialmente grave en Bangladesh, pero también se encuentran altos niveles de arsénico en los suelos y, en consecuencia, en el arroz, en China, India, países del sudeste asiático y partes de los Estados Unidos, entre otros.
Ningún otro cultivo acumula tanta cantidad de este elemento como el arroz. Las condiciones de bajo oxígeno en los arrozales inundados en los que se cultiva el arroz hacen que el arsénico esté más disponible para ser absorbido por la planta. Dado que las propiedades químicas del arsénico son similares a las del fosfato y el silicio, para los cuales el arroz tiene sistemas de absorción y transporte muy eficientes, se acumula en altas concentraciones en el grano. El problema se agrava cuando se utiliza agua contaminada para regar los arrozales. Cambiar las prácticas agrícolas a otras que permitan más oxígeno en el suelo es inviable en muchas zonas bajas e inundadas, y también aumenta drásticamente la biodisponibilidad y la absorción de cadmio por parte de las plantas, otro elemento altamente tóxico y de gran preocupación para la seguridad alimentaria.
En un artículo reciente publicado en Revista de Botánica Experimental, Gui y sus colegas han abordado este problema y arroz genéticamente modificado con bajas concentraciones de arsénico y cadmio en el grano. Dentro de las células vegetales, ambos elementos se almacenan en la vacuola, un orgánulo rodeado de membrana donde se secuestran los compuestos tóxicos. Antes de ser transportados a la vacuola, los metales se unen en el citosol a pequeñas moléculas desintoxicantes llamadas fitoquelatinas para evitar su interferencia con los procesos metabólicos. Gui y sus colegas han generado arroz que sobreexpresa una enzima sintetizadora de fitoquelatina y dos transportadores que facilitan la absorción de arsénico y cadmio en la vacuola.
Estas plantas modificadas acumularon mayores niveles de arsénico y cadmio en las raíces y los nudos, las uniones engrosadas a lo largo del tallo en las que emergen las hojas, y redujeron significativamente la asignación al grano. De hecho, incluso cuando se cultivaba en suelos contaminados con cadmio y arsénico, las concentraciones de elementos tóxicos en el grano estaban muy por debajo de los límites actuales establecidos por la Organización Mundial de la Salud y considerados seguros para el consumo. Es importante destacar que la sobreexpresión de estos genes no afectó el crecimiento y la reproducción de las plantas, y los rasgos agronómicos como la morfología de la panícula y el tamaño y peso de las semillas no se vieron afectados negativamente por la sobreexpresión del gen. Los autores demuestran de manera convincente que esto sólo podría lograrse mediante el apilamiento de genes mediante el efecto de sobreexpresar varios genes seleccionados en la planta al mismo tiempo.
Esta investigación es un ejemplo impresionante de cómo se puede utilizar la biotecnología para garantizar la seguridad alimentaria. Con el apoyo del Laboratorio de Ciencias de la Vida de Temasek y Temasek Trust, el equipo de investigación ahora apunta a comercializar arroz con bajo contenido de arsénico y cadmio para beneficiar tanto a los productores como a los consumidores de arroz, y el enfoque tiene un gran potencial para mejorar la salud humana y salvar vidas. .
LEA EL ARTÍCULO:
Gui, Y., Teo, J., Tian, D., y Yin, Z. (2024). Ingeniería genética de granos de arroz con bajo contenido de arsénico y cadmio. Diario de botánica experimental, 75 (7), 2143-2155. https://doi.org/10.1093/jxb/erad495.
Mareike Jezek
El Dr. Jezek es editor asistente del Journal of Experimental Botany, una de las revistas oficiales de la Sociedad de Biología Experimental.
