En 2008, una mosca de la fruta, conocida como drosófila, de alas moteadas, se abrió camino desde el sudeste asiático hasta el territorio continental de Estados Unidos, probablemente a bordo de cargamentos de fruta. Detectada por primera vez en campos de frambuesas de California, el insecto se extendió rápidamente a otros estados.
A diferencia de la mosca común de la fruta, que se siente atraída por los alimentos en descomposición, la drosófila prefiere la fruta madura y sana. Con un órgano dentado en forma de tubo, las hembras atraviesan la piel de la fruta y depositan sus huevos en el interior. Cuando los huevos eclosionan, las larvas emergentes destruyen la cosecha. Estas plagas invasoras causan daños por valor de cientos de millones de dólares al año. Para controlarlas, los cultivadores recurren a pesticidas que matan indiscriminadamente a los insectos, tanto a las plagas como a los bichos útiles. Pero los científicos están trabajando en nuevas soluciones que algún día podrían sustituir -o al menos limitar- la necesidad de fumigar con productos químicos.
El mes pasado, en unos invernaderos de Oregón, investigadores del Departamento de Agricultura de Estados Unidos empezaron a probar uno de estos métodos con moscas macho esterilizadas. Los insectos genéticamente modificados, fabricados por la empresa de biotecnología Agragene, con sede en San Luis, están destinados a suprimir las poblaciones de moscas silvestres. La idea es que si se liberaran en el medio ambiente, los machos esterilizados se aparearían con las hembras silvestres, lo que daría lugar a un callejón sin salida en materia de fertilidad. «Consideramos que esta tecnología puede proporcionar frutas y verduras más sanas sin dañar mucho el medio ambiente», afirma Bryan Witherbee, director general de Agragene.
Crispr, la herramienta de edición del ADN
Los científicos de la empresa utilizaron la herramienta de edición de ADN Crispr para eliminar dos genes esenciales en embriones de mosca: uno relacionado con la reproducción masculina y otro con el desarrollo femenino. Como resultado, sólo nacen machos estériles, mientras que las hembras mueren. «No queremos liberar hembras en la población, porque son las que causan el daño», explica Stephanie Gamez, directora de investigación y desarrollo de Agragene.
Pero antes de que la empresa pueda liberar insectos modificados genéticamente, primero tiene que probarlos en invernaderos cerrados. En colaboración con investigadores gubernamentales y con el permiso del USDA, la empresa está probando hasta qué punto los machos editados pueden reducir las poblaciones de moscas no editadas en condiciones de invernadero y evitar daños a los arándanos que allí se cultivan. Los experimentos durarán de dos a tres meses.
La empresa está solicitando a la agencia la realización de pruebas de campo el año que viene. Con el tiempo, el plan de Agragene es vender pequeñas cajas de cartón que contengan pupas macho estériles, la fase justo antes de que las moscas se conviertan en adultas. En esta fase, las pupas están en capullo y son inmóviles, lo que facilita su transporte a las granjas. Las cajas se colocarían en los campos, y cuando las moscas adultas emerjan, buscarán a las hembras.
Witherbee cree que se necesitará una proporción de cuatro o cinco machos esterilizados por cada macho silvestre para acabar con una población, y la gravedad de la infestación de un campo determinará cuántos insectos liberar. Como los machos son estériles, no tienen descendencia cuando se aparean con las hembras. La drosófila de alas moteadas sólo vive unas pocas semanas, por lo que, una vez muerta la primera generación, se necesitarían repetidas sueltas de machos editados para mantener las poblaciones a raya. Witherbee dice que la empresa empezará con sueltas semanales en los experimentos de invernadero, pero que en el campo pueden ser necesarias múltiples sueltas en un periodo de tiempo más corto.
«Si se liberan bastantes machos durante un periodo de tiempo suficientemente largo, se puede eliminar la plaga«, afirma Omar Akbari, profesor de biología celular y del desarrollo de la Universidad de California en San Diego, que desarrolló originalmente la técnica de edición genética de moscas y concedió la licencia a Agragene.
Utilizar la esterilización para controlar las plagas de insectos no es una idea nueva. Desde la década de 1950, el gobierno de EE.UU. la ha utilizado para controlar los gusanos barrenadores, moscas parásitas que se alimentan de la carne del ganado. Se sueltan machos esterilizados para que se apareen con las hembras, que ponen huevos que no eclosionan. Esta técnica ha permitido erradicarlos en Norteamérica y Centroamérica. Pero esos insectos macho se hacen estériles con radiación en lugar de ingeniería genética. El inconveniente es que los altos niveles de radiación merman su capacidad de reproducción, lo que significa que a menudo se liberan docenas de insectos por cada uno salvaje.
Mientras tanto, investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte están desarrollando un método de control alternativo que no requeriría sueltas repetidas. En el laboratorio, utilizaron una técnica llamada impulsor genético para hacer que las crías hembras no pudieran reproducirse. Los impulsores genéticos están diseñados para propagar preferentemente o «impulsar» ciertos rasgos genéticos en una población, anulando las reglas de la herencia.
En un artículo publicado a principios de este mes, el entomólogo Max Scott y su equipo describen el uso de Crispr para inactivar una región del gen doublesex, necesario para el desarrollo sexual femenino. Los investigadores inyectaron Crispr en embriones de mosca, junto con una proteína fluorescente para poder rastrear qué moscas acababan con el cambio deseado.
Cuando las moscas maduraron, los investigadores las aparearon con insectos silvestres que no tenían el gen mutado del doble sexo. Normalmente, alrededor del 50% de la descendencia heredaría el cambio. Pero con el impulsor genético, entre el 94 y el 99 por ciento de la descendencia de las moscas acabó teniéndolo. Las hembras que heredaron el gen mutado eran estériles e incapaces de poner huevos. Pero la descendencia masculina, que también portaba el cambio, seguía siendo fértil. A diferencia del método de Agragene, los machos se reproducen y transmiten el rasgo a las generaciones siguientes. Esto permite que el gen siga propagándose -y eliminando a futuras generaciones de moscas- sin necesidad de liberar más insectos.
«Si intentamos controlar la población, lo mejor es centrarse en un gen necesario para la reproducción femenina, porque es la hembra la que produce la siguiente generación», afirma Scott.
20 semanas
Los investigadores utilizaron modelos matemáticos para predecir hasta qué punto el sistema de accionamiento genético suprimiría las poblaciones de moscas mantenidas en jaulas de laboratorio, y descubrieron que liberando una mosca modificada por cada cuatro silvestres se podría acabar con las poblaciones en un plazo de ocho a diez generaciones. Cada generación dura unas dos semanas, por lo que suprimir una población de laboratorio podría llevar unas 20 semanas. Ahora el equipo está realizando experimentos con jaulas de moscas reales editadas genéticamente para averiguar si el impulsor genético reducirá su número tal y como predice el modelo.
Otros investigadores están desarrollando impulsores genéticos para controlar los mosquitos portadores de enfermedades, pero ninguno de estos insectos se ha liberado aún en la naturaleza. «Hay muchos riesgos asociados, porque es una tecnología que no se puede controlar una vez liberada», dice Akbari, cuyo laboratorio también ha trabajado en impulsores genéticos para la drosófila de alas moteadas. Uno de los riesgos es la posibilidad de contagio: Si la especie objetivo se aparea con otra estrechamente emparentada, podría transferir el impulsor genético a una especie autóctona o apreciada.
Y existe la posibilidad de que el impulsor genético deje de funcionar. El Crispr reconoce un lugar específico del genoma. Las moscas silvestres con variaciones naturales en ese lugar no se verían afectadas por el impulsor genético. «Una cosa es trabajar en un laboratorio donde probablemente no haya mucha variación genética dentro de la población de tu laboratorio», dice Scott. «Pero si sales al campo, te enfrentas a poblaciones enormes y a mucha variación genética».
Hannah Burrack, ecóloga de la Universidad Estatal de Michigan que trabaja en la gestión de plagas, afirma que los trabajos sobre impulsores genéticos son prometedores, pero están lejos de ser aplicados por los agricultores. La normativa estadounidense sobre impulsores genéticos no está clara y los científicos coinciden en que los trabajos en este campo deben realizarse con cautela. Sin embargo, ella ve ciertas ventajas: «La promesa que ofrece Crispr es que, en lugar de tener que abrumar a la población, se podrían liberar pequeñas cantidades de moscas y confiar en que el gen deletéreo se desplace por la población».
Según ella, el método del macho esterilizado requeriría probablemente la liberación de un gran número de moscas, por lo que podría no ser práctico para un agricultor individual. En su lugar, cree que las sueltas repetidas de machos genéticamente modificados probablemente tendrán que ser realizadas por un gran grupo de cultivadores o por un gobierno.
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Una de las preocupaciones de ambos enfoques es cómo podría afectar la erradicación de la mosca a otras especies de su entorno. Por ejemplo, ¿la eliminación de estas moscas privaría a otro animal de una fuente de alimento o permitiría el aumento de otras especies molestas?
Dado que la drosófila de alas moteadas es invasora y llegó a Estados Unidos hace poco, Burrack cree que el impacto ecológico de su erradicación sería mínimo. «Se trata de una comparación de riesgos y beneficios», afirma. «Estaríamos comparando los riesgos presumiblemente pequeños asociados a la reducción de la abundancia de esta especie invasora del medio ambiente con los riesgos asociados a la gestión del statu quo ahora mismo, que es más uso de pesticidas».
