El arroz como fuente primaria de alimento: sus limitaciones y mejoramiento

introduccin

El arroz es el alimento principal de ms de 3 billones de personas, siendo la mayor fuente de hidratos de carbono y tambin de protenas en pases del sudeste asitico y frica. Pero, el arroz es una fuente pobre en varios micronutrientes esenciales. Por eso, una dieta basada en arroz es la causa primaria de carencia de micronutrientes en gran parte de los pases subdesarrollados, particularmente hierro, zinc y vitamina A. Las consecuencias de esta malnutricin incluyen, entre otras, disminucin de la capacidad mental, ceguera, mayor mortalidad infantil, baja productividad laboral e inestabilidad.

El arroz dorado fue desarrollado para producir beta caroteno(que es el precursos natural de la vitamina A) en la parte comestible del arroz , es decir, en el endosperma. La planta original es capas de producir beta- carotenos en sus hojas, donde este precursor esta implicado en la funcin de la fotosntesis. Pero no produce beta- carotenos de forma natural en el endosperma, ya que en este lugar no requiere el uso de ladebe a la ausencia de tres enzimas que son el fitoeno sintasa, el fitoeno desatorasa y el icopeno ciclasa. Para resolver estos dos problemas, los investigadores clonaron el gen de la flor del narciso y de la bacteria Erwinia uredovora y lo introdugeron en el arroz. Ingo potricus y peter beyer, los principales creadores del arroz dorado, renunciaron a la patente para que el arroz pueda ser utilizado en misiones humanitarias de arroz doradoconceptos bsicosEl arroz dorado es una variedad de arroz (Oryza sativa) producida a travs de ingeniera gentica, biosintetizando los precursores de beta-caroteno (pro-vitamina A) en las partes comestibles del grano de arroz.

El arroz dorado se desarrolla como comida fortificada en reas donde hay faltante dietara de vitamina A. La vitamina A es indispensable durante el embarazo para prevenir la morbilidad, la mortalidad y la ceguera nocturna. Los detalles cientficos de la tecnologa aplicada se publicaron en Science en 2000. Qu son los carotenos?

Los carotenos pertenecen al grupo de los carotenoides, que incluye un vasto nmero de compuestos liposolubles fuertemente pigmentados (rojos, anaranjados, amarillos). Estn presentes de forma natural en muchas frutas, granos, aceites y vegetales (plantas verdes, zanahorias, batatas, calabaza, espinaca y pimientos verdes, entre otros). Existen ms de 50 carotenoides que pueden ser convertidos en vitamina A, en insectos, peces, reptiles, aves y mamferos. Los carotenos alfa, beta y gama se consideran pro-vitaminas porque se pueden convertir en vitamina A activas. De todos ellos, los beta-carotenos son los que contribuyen casi en su totalidad como pro-vitamina A en los alimentos

Creacion del arroz doradoEl arroz dorado fue creado por ingo potrykus del instituto de ciencias vegetales del instituto federal suizo de tecnologia, junto con peter beyer de la universidad de Friburgo. El primer evento de arroz dorado fue obtenido en 1999, y desde ese momento se han desarrollado nuevas lneas con mayor contenido de beta-carotenos. El objetivo del programa de desarrollo del arroz dorado ha sido proveer la dosis diaria recomendada de provitamina A a travs de la ingesta de 100-200 g de arroz, que es la cantidad ingerida normalmente por los nios de las sociedades ms afectadas. Para otros pases, el arroz dorado podra ser de todas formas un complemento valioso para la dieta, contribuyendo a la reduccin de las enfermedades relacionadas con la carencia de provitamina A.

justificacionEl arroz es el alimento principal de ms de 3 billones de personas, siendo la mayor fuente de hidratos de carbono y tambin de protenas en pases del sudeste asitico y frica. Pero, el arroz es una fuente pobre en varios micronutrientes esenciales. Por eso, una dieta basada en arroz es la causa primaria de carencia de micronutrientes en gran parte de los pases subdesarrollados, particularmente hierro, zinc y vitamina A. Las consecuencias de esta malnutricin incluyen, entre otras, disminucin de la capacidad mental, ceguera, mayor mortalidad infantil, baja productividad laboral e inestabilidad. Marco teoricoUna solucin: el desarrollo del Arroz Dorado

Como se mencion, no hay germoplasma de arroz que tenga como caracterstica la produccin y acumulacin de beta-carotenos en el endosperma del grano. Por lo cual, el programa de biofortificacin en pro-vitamina A qued enfocado exclusivamente a la introduccin por ingeniera gentica de los genes necesarios para lograr ese objetivo. As se creo elProyecto Golden Rice(GR) oArroz Dorado.En el arroz dorado se han introducido por ingeniera gentica dos genes al material gentico del arroz. Esto genes codifican para las enzimasfitoeno sintetasa y fitoeno desaturasa, necesarias para completar la ruta metablica que permite la sntesis y acumulacin de beta-carotenos en los granos de arroz (ver Figura 2). De hecho, la intensidad del color dorado en el nuevo arroz es un indicador de la concentracin de beta-carotenos en el endosperma (figura 4).

. Granos de arroz dorado. Los granos de arroz dorados son fcilmente reconocibles por su color amarillento, un color ms intenso significa mayor contenido de beta-carotenosEl primer evento de arroz dorado fue obtenido en 1999, y desde ese momento se han desarrollado nuevas lneas con mayor contenido de beta-carotenos. El objetivo del programa de desarrollo del arroz dorado ha sido proveer la dosis diaria recomendada de provitamina A a travs de la ingesta de 100-200 g de arroz, que es la cantidad ingerida normalmente por los nios de las sociedades ms afectadas. Para otros pases, el arroz dorado podra ser de todas formas un complemento valioso para la dieta, contribuyendo a la reduccin de las enfermedades relacionadas con la carencia de provitamina A.

En 1991 comenz el proyecto para desarrollar el Arroz Dorado de la mano de dos cientficos Ingo Potrykus y Meter Beber. El primero trabajaba en transformacin gentica de arroz, y el segundo estudiaba la ruta de biosntesis de unos compuestos denominadosterpenoidesen la planta ornamental narciso. Un estudiante de doctorado del Dr. Potrikus haba descubierto que en el endosperma del arroz se encontraba una molcula precursora del beta-caroteno, llamada geranio-geranil pirofosfato (GGPP). Tericamente, con la presencia de cuatro enzimas (fitoeno sintasa, fitoeno desaturasa, z-caroteno desaturasa y licopeno ciclasa), podra obtenerse beta-caroteno a partir del GGPP. Sin embargo, las probabilidades de que las enzimas funcionaran coordinadamente y en la direccin esperada, sin causar alteraciones fisiolgicas, eran muy bajas.Tras ocho aos de trabajo, obtuvieron las primeras plantas de arroz transgnico (ver Cuaderno N 2) que expresaban altas cantidades de fitoeno (caroteno incoloro) en el endosperma de las semillas, como resultado de la introduccin del gen que codifica para la fitoeno sintetasa (PSY, de narciso). Las plantas eran frtiles y su apariencia (fenotipo) era normal, demostrando que la va metablica presente en el endosperma poda desviarse hacia la produccin de beta-carotenos a partir de GGPP (la molcula precursora), y que esta modificacin no tena consecuencias en la fisiologa y desarrollo de la planta.Este resultado alent al equipo para comenzar un proyecto destinado a resolver la deficiencia en hierro, y para dar el paso siguiente que era la introduccin de la segunda enzimafitoeno desaturasa(CRT1), necesaria para completar la ruta. Este segundo paso trajo algunos inconvenientes ya que se obtuvieron plantas fenotpicamente alteradas. Hasta que, al introducir cambios en los mtodos de transformacin, obtuvieron en 1999 las tan ansiadas plantas, con granos de arroz de color amarillento. Del total de carotenoides que contenan esos granos, el 85% era pro-vitamina A o beta-caroteno. Estas lneas de arroz obtenidas constituyeron la prueba de que el desarrollo planteado poda funcionar. Restaba ahora superar los niveles de pro-vitamina A alcanzados, para lograr cubrir los requerimientos diarios en la dieta de un nio consumiendo una cantidad razonable de arroz.

MEJORAMIENTOUna nueva generacin de Arroz dorado

Demostrado el hecho de que con dos enzimas (PSY y CRT1) poda sintetizarse beta-caroteno en el endosperma de arroz, el paso siguiente era estudiar la actividad de esas enzimas para optimizar su rendimiento. Una forma de hacerlo era introducir genes homlogos (que codifican para la misma enzima) obtenidos de parientes ms cercanos evolutivamente al arroz, esperando que funcionen mejor en ese nuevo entorno. As, reemplazando el gen de narciso para la enzima PSY por otras versiones de distintas plantas, los investigadores hallaron que los genes obtenidos de maz y arroz daban mejores resultados, llegando a obtener hasta 20 veces ms de pro-vitamina A respecto de las primeras plantas desarrolladas

Wild type Arroz dorado 1 Arroz dorado 2Figura 5. Nuevas generaciones de arroz dorado. La imagen muestra el progreso realizado desde la prueba del arroz dorado 1 hasta la nueva generacin de arroz dorado 2, que contiene niveles de -caroteno que permitiran proveer a los nios de pases afectados con la dosis necesaria de pro-vitamina AActualmente, las caractersticas del arroz dorado se han incorporado a las variedades ms consumidas por los pases asiticos y, a su vez, se est empleando como base para mejorar su contenido en hierro, zinc, protenas de alta calidad y vitamina E. El mecanismo utilizado para lograrlo ha sido el cruzamiento entre el arroz dorado y las variedades comerciales de inters, seleccionando luego en la descendencia los individuos con las caractersticas deseadas por tcnicas de mejoramiento asistido. Existen tambin programas de investigacin mediante tcnicas de biologa molecular (ver Cuaderno N 65) para mejorar el estatus nutritivo del arroz y otros cultivos. Por ejemplo:

sobreexpresin de una protena para almacenamiento de hierro (ferritina) en granos de arroz, que triplic la cantidad de hierro en el grano. sobreexpresin de un transportador de zinc (utilizando un gen de la planta Arabidopsis thaliana) en cebada, obtenindose el doble de acumulacin de zinc en las semillas.

investigacionEl 'arroz dorado' es producto de dos equipos de investigacin alemanes dirigidos respectivamente por el Dr. Ingo Potrykus, del Instituto Tecnolgico Suizo, en Zurich, y por el Dr. Peter Beyer de la Universidad de Friburgo. La idea de introducirle beta-caroteno al arroz surgi hace nueve aos, a la luz de los informes de la UNICEF y la OMS que alertaban sobre los altos ndices de incidencia de la IVA en los pases donde el arroz constituye la dieta bsica. Los investigadores manipularon entonces genticamente una variedad japonesa de arroz en el laboratorio (el Taipei 309, adaptado al clima templado de Europa) para convertir en beta-caroteno una hormona precursora de incidencia natural. El equipo aadi tres genes, dos de los cuales son nuevos para la ingeniera gentica y provienen del narciso trompn (Narcissus pseudonarcissus). El tercero proviene de una bacteria, laErwinia uredovora, que ya fue empleada por la fbrica de cervezas Kirin. Ahora los equipos de investigadores estn tratando de cruzar esta nueva lnea con otra lnea de arroz para aumentarle su contenido en hierro.Introducir un solo micronutriente como la vitamina A en cultivos de consumo corriente constituye una meta excesivamente estrecha que har muy poco para superar las insuficiencias de micronutrientes. La transferencia de un gen extico a un monocultivo ser de muy poca utilidad para compensar las insuficiencias alimentarias de aquellos que padecen desnutricin precisamente a causa de los monocultivos. El valor nutritivo del arroz convencional combinado con hojas de caafstula (Moringa oleifera) es mucho mayor que el del 'arroz dorado'. Suministrarle un solo micronutriente a travs de la comida a ncleos de poblacin que padecen insuficiencias en una amplia gama de nutrientes, podra ser considerado como una prctica contraria a la tica, especialmente si se tiene en cuenta que toda esa gama de nutrientes se puede obtener fcilmente consumiendo frutas y verduras de origen local, as como otros cultivos subutilizados y silvestres.

que es posible desarrollar con xito programas de biofortificacin de nutrientes en aquellos cultivos que sirven de base alimentaria. Tambin que es importante estudiar el germoplasma (es decir, buscar variedades presentes en la naturaleza) de cada cultivo a fin de encontrar ecotipos que tengan altos niveles de micronutrientes para introducirlos a las variedades comerciales con programas de mejoramiento.Otra alternativa que han intentado varios laboratorios, es modificar en los cultivos los niveles de aquellos compuestos que inhiben la biodisponibilidad de algunos minerales impidiendo su absorcin durante la digestin. Nuevamente, este objetivo puede alcanzarse mediante mejoramiento tradicional o por insercin de genes especficos por ingeniera gentica.

conclusionesLos programas de suplementacin y enriquecimiento alimentario tratan los sntomas pero no las causas subyacentes de la desnutricin por insuficiencia de micronutrientes.Esas causas deben buscarse en las dietas de mala calidad compuestas fundamentalmente de alimentos bsicos.El 'arroz dorado' no es ms que una extensin del enfoque de los complementos vitamnicos y, al igual que ste, tampoco aborda las causas.La variedad es la base de una alimentacin balanceada. Las polticas agropecuarias y alimentarias deberan promover la disponibilidad de alimentos ricos en micronutrientes y debera asimismo haber programas educativos especficos en nutricin que ayuden a fomentar su consumo.En definitiva es muy prematuro hablar de los posibles beneficios del arroz dorado ya que todava quedan varios aos de investigacin y aunque existan otros mtodos para aportar vitamina A este puede ser uno de ellos que no debe ser despreciado por provenir de la ingeniera gentica.BIBLIOGRAFIA