Pais: Brasil

Fecha: 04 de Enero del 2022

La ciencia brasileña desarrolla la primera caña de azúcar editada no transgénica del mundo por Embrapa, Brasil

    Una investigación brasileña desarrolló Cane Flex I y Cane Flex II, variedades que presentan, respectivamente, mayor digestibilidad de la pared celular y mayor concentración de sacarosa en los tejidos vegetales.

    CTNBio consideró los nuevos materiales como libres de ADN, es decir, no transgénicos.

    Las nuevas variedades son el resultado de silenciar dos genes mediante la técnica CRISPR.

    Como resultado del silenciamiento génico, generó una planta con mayor digestibilidad de la biomasa (Cana Flex I) y con una mayor concentración de azúcar en los tejidos vegetales (Cana Flex II).

    Sugarcane Flex II mostró un aumento de hasta un 15% de sacarosa en los tallos, un 200% más de sacarosa en las hojas y un 12% más de liberación de glucosa en la sacarificación. Además de generar bagazo de mayor digestibilidad para su uso en alimentación animal.

Científicos de Embrapa Agroenergia (DF) desarrollaron las primeras cañas editadas del mundo consideradas no transgénicas ( libres de ADN ), de acuerdo con la Resolución Normativa No. 16 (RN No. 16) de la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio), emitida el día 9/12/2021. Se trata de las variedades Cane Flex I y Cane Flex II, que presentan, respectivamente, mayor digestibilidad de la pared celular y mayor concentración de sacarosa en los tejidos vegetales. Responden a uno de los mayores retos de la industria: incrementar el acceso de las enzimas a los azúcares atrapados en las células, lo que facilita la fabricación de etanol (primera y segunda generación) y la extracción de otros bioproductos.

Sugarcane Flex I es el resultado del silenciamiento del gen responsable de la rigidez de la pared celular vegetal. Esta estructura se modificó y mostró una mayor “digestibilidad”, es decir, un mayor acceso al ataque de las enzimas durante la etapa de hidrólisis enzimática, proceso químico que extrae los compuestos de la biomasa vegetal.

Flex II: más sacarosa

La segunda variedad se generó mediante el silenciamiento de un gen en los tejidos de la planta, lo que provocó un aumento considerable en la producción de sacarosa en los tallos de la planta modelo, Setaria viridis .

“Una vez identificada esta característica de acumulación de azúcar en la planta modelo, trasladamos este conocimiento al cultivo de la caña de azúcar, el objetivo de nuestra investigación. Nuevamente, se observó un aumento de alrededor del 15% de sacarosa en el tallo de la caña, así como un aumento de otros azúcares como la glucosa y la fructosa, también presentes en la planta, tanto en el jugo como en el tejido vegetal fresco ”, explica el investigador de Embrapa Hugo Molinari .

El equipo también observó aumentos del orden del 200% en las hojas de caña de azúcar. “También hicimos pruebas para ver si el gen tenía un papel en la mejora de la sacarificación, que es la conversión de celulosa en azúcar industrial, y observamos un aumento del orden del 12%”, complementa la investigadora.

Más información sobre la técnica CRISPR

Ganadora del Premio Nobel de 2020, la técnica CRISPR se puede comprender mejor en el libro Tecnología CRISPR en la Edición Genómica de Plantas - Biotecnología Aplicada a la Agricultura . Disponible en versiones portuguesa e inglesa .

Como ventajas de Cana Flex II, Molinari cita la mayor eficiencia en la producción de bioetanol, el descubrimiento de una variedad más apta para el procesamiento industrial, la consecución de bagazo con mayor digestibilidad para su uso en alimentación animal y la adición de valor a la cadena productiva. de la caña de azúcar en su conjunto.

“En 2020/2021, la producción total de azúcar estimada en el mundo fue de 188 millones de toneladas, siendo Brasil responsable de 39 millones de toneladas, equivalente al 21% de la producción mundial”, dice Molinari.

Otro punto destacado por la investigadora es el aporte del cultivo de la caña de azúcar a una matriz energética más limpia. “Hoy sabemos que más del 45% de la matriz energética brasileña es renovable y que la caña de azúcar aporta una participación de más del 30% a estas fuentes renovables”, informa.

La investigación utilizó una técnica revolucionaria de edición del genoma

Embrapa Agroenergia ya venía estudiando genes relacionados con las acil transferasas, enzimas responsables de la formación y modificación de la estructura de la pared celular de la planta y que permiten el acceso al azúcar. “Concretamente en el caso de Cana Flex II, nuestro grupo identificó un gen candidato perteneciente a la familia de las acil transferasas, que resultó ser un activo biotecnológico muy prometedor y viable para incrementar la producción de azúcares en las gramíneas”, explica la investigadora.

Ambas investigaciones utilizaron la edición genómica CRISPR ( Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats técnica de ), una técnica revolucionaria de manipulación genética descubierta en 2012. La tecnología utiliza la enzima Cas9 para cortar el ADN en puntos específicos, modificando regiones específicas. El descubrimiento le valió el Premio Nobel de Química en 2020 a los investigadores que publicaron el primer artículo sobre el tema: Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna.

En la construcción de Canes Flex I y II, no hubo, por lo tanto, modificación del ADN de la planta, solo silenciamiento de genes. Por este motivo, la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio) clasificó las nuevas variedades como no transgénicas.

“La polémica generada sobre el uso de plantas transgénicas en la agricultura llevó a cada país del mundo a crear normativas específicas sobre el tema, lo que elevó el costo de poner en el mercado variedades genéticamente modificadas (GM). Hoy vemos surgir una nueva tecnología, la edición de genomas, con la que no es necesario introducir secuencias exógenas de otras especies en el genoma de la especie objetivo ”, dice Molinari.

Según el científico, si bien los transgénicos siguen siendo una estrategia importante para resolver numerosos problemas en la agricultura y agregar valor a las especies, la edición genómica realizada con técnicas como CRISPR permite la manipulación del ADN de una manera más precisa, rápida y económica en comparación. a los transgénicos.

“La tecnología CRISPR ha permitido democratizar el uso de la biotecnología en la agricultura, no solo desde el punto de vista de más empresas e instituciones que participan en el desarrollo de productos que llegan al mercado, sino también permitiendo beneficiar a más especies de interés” , explica Molinari. Según él, el costo estimado para el desarrollo de una planta transgénica ronda los US $ 136 millones y entre el 30% y el 60% de ese monto se destina a las etapas de desregulación.

Molinari recuerda que el desarrollo tecnológico del cultivo de la caña de azúcar a lo largo del tiempo fue en gran parte responsable de la expansión del sector. Durante décadas, varios grupos de investigación de todo el mundo han dedicado esfuerzos a la investigación básica para comprender mejor el metabolismo del azúcar vegetal y su control durante el desarrollo en especies modelo. “Hoy en día, el metabolismo del azúcar es bien conocido, revelando la integración de varias enzimas y vías metabólicas en los procesos de transporte y acumulación”, complementa la investigadora.

Según el subdirector de Investigación y Desarrollo de Embrapa Agroenergia, Bruno Laviola , el desarrollo de nuevos cultivares de caña de azúcar mediante la técnica CRISPR es una acción en la frontera del conocimiento. “Estos cultivares son solo el comienzo y abren el camino para el desarrollo y entrega de otros cultivares al sector productivo con características que impactarán directamente la productividad de la caña de azúcar y reducirán los costos de producción”, anuncia.

Flex II: rendimiento mínimo del 10% anual de la inversión

Con la ayuda de la economista Rosana Guiducci, investigadora de Embrapa Agroenergia, la variedad Cana Flex II recibió un análisis de escenarios para la adopción y evaluación de impactos económicos en el sector azucarero-energético. El análisis fue objeto del trabajo final de MBA realizado por Molinari, en el que el economista fue co-asesor.

El trabajo realizado en el MBA buscó evaluar la viabilidad económica de esta nueva variedad con el objetivo de incrementar el contenido de azúcar y un mejor aprovechamiento del bagazo y la paja para la producción de etanol de segunda generación (E2G).

Para estimar las ganancias económicas de la adopción de la tecnología, el estudio evaluó dos escenarios posibles, uno optimista y otro conservador. La primera sería la expansión gradual de la adopción de Cane Flex II en 1% anual, alcanzando el 10% de la producción observada en la cosecha de caña de azúcar 2020/2021 en Brasil después de diez años.

En el segundo escenario, más conservador, la tasa de expansión sería de 0,5% anual, alcanzando el 5% de la producción de caña de azúcar observada en la zafra 2020/2021 después de diez años. “En ambos escenarios, consideramos que un ingenio estándar procesaría esta producción, destinando el 50% de la caña a la producción de azúcar y el 50% al etanol de primera generación, y el 60% de la paja y bagazo a la producción de etanol E2G. en la planta ”, explica Guiducci.

El análisis de viabilidad económica consideró en el flujo de ingresos los diferenciales esperados con Sugarcane Flex II, obtenidos en la producción de azúcar, etanol 1G y E2G, frente a la caña de azúcar convencional.

Se consideró una inversión para ampliar la infraestructura y capacidad de procesamiento de la planta del orden de R $ 2 mil millones (escenario optimista) y en dos aportes de R $ 1 mil millones (escenario conservador), ambos con gastos de mantenimiento anuales del orden de R $ 100 millones. .

El análisis final indicó que la inversión es viable, ya que las ganancias adicionales esperadas de Cana Flex II registraron una tasa interna de retorno (TIR) ??de 27% y 16% y un valor actual neto (VPN) de R $ 4, 19 millones y R $ 982,7 mil en los escenarios optimista y conservador, respectivamente.

Traducido del portugués.

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