Los árboles proveen energía, sustancias de interés industrial y medicinales, aunque por su relativo lento crecimiento y desarrollo, se necesitan muchos años para obtener estos servicios. Esta desventaja se mitiga a través de la biotecnología moderna; ya que la madera adecuada para producir bioenergía se obtiene con la manipulación de genes, con la clonación de plantas (micropropagación) se producen miles de individuos únicos y mediante el cultivo de células y tejidos in vitro se induce a la producción de sustancias de importancia médica e industrial, encontradas solo en árboles.

Además de madera, los árboles, en particular las especies forestales, son fuente de celulosa, hemicelulosa y lignina, y de otras sustancias en menor proporción que no son parte de las paredes celulares. Éstas son denominadas componentes extraíbles destinados a la fabricación de lacas, pegamentos, medicamentos o productos aromáticos. Químicamente están compuestos por hidrocarburos alifáticos y aromáticos, terpenos, fenoles, ácidos grasos y resinosos, resinas, grasas, aceites esenciales y otros.

 Estos beneficios que nos brindan los árboles pueden ser mejorados o producidos mediante las herramientas de la biotecnología moderna

Pero… ¿Qué es biotecnología?

La biotecnología no es una disciplina sino un campo de investigación y generación de conocimiento. Se define como la aplicación de los principios científicos y técnicos al tratamiento de los materiales por agentes biológicos para obtener bienes y servicios. Incluye microorganismos, animales y plantas, y se considera como el campo de desarrollo del siglo XXI.

La aplicación biotecnológica principalmente se centra en la salud humana y animal, la agricultura, la alimentación y la mejora de animales. En México se tienen avances en el área de la salud, en la industria alimentaria, en el área agrícola y en el control de la contaminación (biorremediación).

Las tres principales aplicaciones de la biotecnología actual en plantas son la propagación clonal o micropropagación, el mejoramiento genético mediante la modificación e inserción de genes (transformación genética) y la producción de compuestos del metabolismo intermediario o secundario a nivel celular, todas ellas haciendo uso del cultivo in vitro de células, tejidos u órganos de las plantas. Aunque lo anterior se ha aplicado a plantas de interés hortícola-agrícola, también se realiza en plantas medicinales y en algunas especies forestales.

La biotecnología en especies forestales

Micropropagación.-

La biotecnología aplicada a árboles mediante la micropropagación reviste gran importancia si se toma en cuenta la duración de los ciclos desde la siembra de la semilla hasta la floración, lo cual también ha hecho difícil la aplicación de programas de mejoramiento convencional para estas especies. La mayoría de los estudios realizados sobre micropropagación se han llevado a cabo en miles de variedades y especies de plantas ornamentales, agrícolas, forestales y en especies de uso industrial. Sin embargo, el uso de esta tecnología en especies nativas de diversos ecosistemas, sobre todo de especies leñosas, ha resultado un proceso complejo en muchas de éstas ya  que han sido poco estudiadas o simplemente no se han llevado a cabo.

La micropropagación tiene como principal objetivo la reproducción en condiciones asépticas, en la que a partir de un pequeño segmento inicial de tejido (explante) es posible regenerar en poco tiempo miles de plantas genéticamente iguales a la planta madre, solo cuando a este tejido le es aplicado un estímulo por medio de variables físicas y químicas controladas en un medio de cultivo. Por otro lado, la técnica es de gran utilidad en la obtención de plantas libres de patógenos, en la producción de plantas en peligro de extinción y en la propagación de especies con características únicas (“elite”) (ver Saber Más No. 10:21-24).

En el caso de la micropropagación de los árboles, se pueden obtener también plantas con variación en su estructura química, mediante métodos de selección in vitro, dado que esta característica depende de cada árbol (genotipo) sin necesidad de recurrir a la modificación genética.

Especies forestales como caoba, araucaria, eucalipto, álamo, sequoia y pinos, han sido micropropagadas con éxito. Uno de los beneficios que se obtienen con este sistema de propagación es producir miles de plantas con características únicas en crecimiento, en la calidad de la madera y ser una fuente óptima de extraíbles. 

Transformación genética.

Este tipo de mejoramiento genético consiste en la inserción de nuevos genes en una planta, la modificación de la expresión o del genoma existente mediante la manipulación del ADN.

En especies forestales, la modificación genética tiene la finalidad de obtener plantas con resistencia a diversos agentes patógenos como bacterias, hongos, virus e insectos, al frío y a algunos tipos de herbicidas. Entre los árboles a los que se han incorporado genes con estas características tenemos a los álamos.

Para lograr la modificación genética de árboles, se requiere de estudios más arduos, para lo cual se necesita de mayor investigación básica, ya que en este tipo de plantas, el éxito depende de la capacidad de regeneración de las plantas a partir de las células transformadas, procesos en los que pocos avances se tienen para árboles de importancia medicinal o industrial.

Con la transformación genética de árboles también se persigue conseguir plantas con reducción de la biosíntesis de la lignina, éste es uno de los objetivos para las especies destinadas a la obtención de pasta para papel. También modificaciones en factores como el crecimiento, la adaptación, la calidad del fuste y calidad de la madera.

La lignina es la principal molécula de protección contra hongos e insectos en la madera y se utiliza como combustible en las fábricas de papel para producción de energía calorífica y eléctrica

Como un ejemplo de árboles modificados genéticamente mediante la biotecnología, tenemos al álamo transgénico (híbrido de Populus tremula y P. alba), al que se le han modificado genes relacionados con la producción de lignina y celulosa, con el objetivo de producir plantas adecuadas en la producción de madera como fuente de energía. Éstas pueden ser utilizadas en la producción de bioetanol debido a una mayor cantidad de celulosa, o para la producción de madera con una resistencia mayor al ataque de hongos e insectos (mayor cantidad de lignina).

Además de los álamos, se ha logrado la obtención de árboles transgénicos de géneros como Pinus, Eucalyptus, Liquidambar y Picea

Producción de metabolitos in vitro.

Por otra parte, el cultivo de células in vitro (callos o suspensiones celulares) de árboles maderables se utiliza para estudiar o bien producir la síntesis natural de componentes estructurales de la madera.

Con estos sistemas se ha logrado la síntesis de lignina liberada al medio de cultivo. La lignina extracelular por sistema de cultivo celular podría ser una alternativa en el área de preservación de madera o de biocombustibles y es un sistema poco explorado.

El taxol es otro ejemplo de aplicación del cultivo celular.Este se obtiene de árboles (género Taxus) y se utiliza en el tratamiento de cáncer de ovario, seno, próstata y pulmón. Además se está probando contra afecciones como Alzheimer y Parkinson.

Las  sustancias para alivio de enfermedades se pueden inducir mediante los cultivos celulares, pero algunas no se obtienen en este sistema debido a que se requiere de la planta completa. Por lo tanto, se podría explorar el sistema de micropropagación como alternativa para obtener individuos (genotipos) capaces de producir dichas sustancias a corto plazo.

Con estas aplicaciones biotecnológicas se vislumbra el beneficio que podemos obtener de los árboles, sin embargo, la biotecnología vegetal ofrece otras herramientas útiles para las especies forestales como el almacenamiento, conservación in vitro y el uso de marcadores moleculares.

Para obtener un mayor beneficio de las especies forestales mediante la biotecnología moderna, se requiere de mayor investigación básica sobre todo de aquellas especies que presentan un alto potencial para la obtención de compuestos de interés farmacológico e industrial. 

Saber más

Acuña C. La biotecnología forestal. Consejo Argentino para la Información y el Desarrollo de la Biotecnología.

http://www.argenbio.org/adc/uploads/imagenes_doc/planta_stransgenicas/biotecnologiaforestal.pdf 

Municio A.M. Presente y futuro de la biotecnología. Real academia de Ciencias.http://www.rac.es/ficheros/doc/00323.pdf 

Acosta. 2012. La micropropagación en especies forestales. Ciencia Actual 1: 22-44.

http://revistas.usb.edu.co/index.php/Cienciactual/article/view/1594/2047

El D.C. Jorge Enrique Ambriz Parra es profesor de la Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.