Científicos de EE UU trabajan en modificar los microbios intestinales de estas reses para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero. La técnica, basada en esta herramienta de edición genética, aún está en fase experimental, pero podría transformar la ganadería sostenible. En los últimos años la comunidad científica se ha preguntado si es posible emplear edición genética en los microorganismos del rumen para limitar la emisión de metano. Por otro lado, el proyecto METALGEN en España mide las emisiones de forma directa e individual en los animales de una forma no invasiva

Gran parte del metano emitido por las vacas proviene de microbios de su intestino que expulsan a través de eructos. Por ello, tanto la dieta como la genética de los propios animales tendrían un importante impacto en la composición de dicha microbiota. Y la modificación de estos organismos para disminuir su producción de gas permitiría también reducir las emisiones antes de que lleguen a la atmósfera.

En los últimos años la comunidad científica se ha preguntado si es posible emplear herramientas de edición genética, como CRISPR, para intervenir en los microorganismos del rumen y así limitar la emisión de metano.

Este es el reto que se marcó hace un par de años un grupo de investigadores de la Universidad de California (UC) en Davis, la UC Berkeley y la UC San Francisco (todas en EE UU), respaldados por una financiación de 70 millones de dólares del Audacious Project de la organización TED.

El profesor Ermias Kebreab, conocido por estudios previos para lograr que los aditivos de algas marinas en la alimentación bovina afecten hasta en un 82 % a la producción de metano, es uno de los líderes de esta iniciativa.

En conversaciones con SINC, este investigador, que también ejerce como director del Centro Mundial de Alimentos, ha explicado que usando CRISPR Cas9 en su intervención temprana han comprobado que se produce “una reducción continua de las emisiones”. No obstante, aún no han desarrollado la técnica, por lo que considera que “es muy pronto”.

Bacterias seleccionadas minuciosamente

Kebreab cuenta que se han centrado en los genes que controlan la última parte del proceso que genera el metano. Para ello, habrían seleccionado las bacterias más comunes, las que funcionan mejor en el estómago de la vaca y las que se pueden cultivar y modificar en el laboratorio. “Elegimos cepas según su abundancia, niveles de actividad ruminal y su capacidad de cultivo y transformación”, apostilla.

El profesor de la UC Davis comenta que siguen varias estrategias para garantizar que los microbios editados puedan prosperar y dominar un ecosistema tan complejo y competitivo como el rumen.

Nos centramos en rasgos que mejoran la competitividad, como la flexibilidad metabólica, y en probar métodos de administración que favorezcan la colonización en etapas tempranas de la vida, cuando los nichos microbianos aún se están formando”, aclara.

En cuanto a un posible escape de microbios modificados a ecosistemas silvestres, afirma que se toman muy en serio los riesgos de la transferencia horizontal de genes y han diseñado “estructuras con una movilidad mínima y sin marcadores de resistencia a los antibióticos, con mecanismos de seguridad integrados en el genoma”.

Kebreab asegura que no han encontrado evidencias de que haya razas bovinas más compatibles con las intervenciones microbianas basadas en CRISPR en el rumen. E incluso asevera que la edición genética podría funcionar igualmente en otros rumiantes como ovejas o cabras, más comunes en otros países en desarrollo.

Foto. Matthias Hess (a la izquierda) y Ermias Kebreab (a la derecha) están junto a un aparato que simula el estómago de una vaca y permite analizar los microbios que generan metano. / UC Davis | Gregory Urquiaga

Avances en paralelo en España

España también ha desplegado una iniciativa en esta línea en la que han participado el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), del CSIC, la Confederación de Asociaciones de Frisona Española (CONAFE) y NEIKER. En su proyecto METALGEN buscan la mejora de la eficiencia alimentaria y la mitigación de emisiones de gases con efecto invernadero en vacas lecheras. Para su investigación han contado con información genética de 1 500 ejemplares de explotaciones comerciales.

Hasta ahora, el proyecto ha logrado la medición de emisiones de forma directa e individual en los animales de una forma no invasiva. Asimismo, ha identificado los microorganismos que favorecen la producción de metano de las arqueas o que limitan esa producción.

METALGEN ha incorporado igualmente la edición genética del microbioma, aunque uno de sus impulsores, Óscar González Recio, reconoce a SINC que esta técnica se encuentra en una etapa muy temprana.

“De momento la investigación se limita al laboratorio. Hacer una edición genética dirigida a uno o pocos microorganismos y que no afecte al resto de la comunidad microbiana ni al animal es un reto, que requiere mucha más investigación y evidencia antes de poder ponerla en práctica”, subraya González, antes en INIA y actualmente presidente de la sección ‘Microbioma’ de la Sociedad Internacional de Genética Animal (ISAG) y profesor de la Universidad de Edimburgo.

Este investigador, no obstante, reconoce que uno de los hallazgos que más les ha sorprendido es que el control genético de la microbiota resulte tan consistente entre las vacas criadas en diferentes países.

Eficacia combinada

Para González hay otros enfoques como los aditivos alimentarios, las algas marinas o las vacunas que podrían ser complementarios y convivir con la mejora genética.

“Podemos y debemos atajar el problema por varios frentes, cada uno con sus ventajas y sus inconvenientes. Por ejemplo, la mejora genética necesita de más años para ver el efecto pero, por otro lado, su aplicación es más barata y permanente. Mientras que con vacunas o estrategias nutricionales se requiere una implementación continua y completa que aumenta mucho el coste, los cambios son visibles a más corto plazo”, opina.

Podemos y debemos atajar el problema por varios frentes, cada uno con sus ventajas y sus inconvenientes. Óscar González, impulsor del proyecto METALGEN

Kebreab coincide en esta complementariedad y destaca que, aunque CRISPR tiene el potencial de producir efectos a largo plazo con una sola intervención, “su escalabilidad y aceptabilidad requerirán una validación exhaustiva”.

Foto. Los miembros del equipo tras el proyecto METALGEN, una iniciativa española para reducir las emisiones de metano. / Óscar González Recio

Una vacuna contra el metano

David R. Yáñez-Ruiz es el coordinador de un proyecto del CSIC puesto en marcha en la Estación Experimental del Zaidín (EEZ) —que incluso ha contado con financiación de la Fundación Bezos— para el desarrollo de una vacuna que reduzca las emisiones de metano del ganado.

El objetivo es que la respuesta inmune disminuya la producción de metano en torno a un 30 %. Primero se desarrollará en vacuno lechero, luego en vacuno de carne y posteriormente en otras especies.

El objetivo es que la respuesta inmune disminuya la producción de metano en torno a un 30 %

La ventaja de la vacuna, a diferencia del CRISPR, es que ofrece una vía más inmediata, estable y compatible con protocolos ya consolidados en ganadería.

El investigador comparte con SINC que están completando los primeros ensayos en terneros para caracterizar cómo colonizan estas arqueas desde el nacimiento y cómo responde el sistema inmunitario. Con esa información se diseñarán los antígenos, la vía y el momento óptimo de vacunación. Uno de sus grandes beneficios es que bastarían una o dos dosis en toda la vida del animal, frente a aditivos como Bovaer, que deben administrarse de forma continua y resultan poco viables en sistemas de pastoreo.

Sin embargo, Yáñez-Ruiz también reconoce que “la vacunación presenta otras limitaciones, como conseguir una respuesta inmune lo suficientemente alta (<30 %) sin afectar a otras funciones del animal”. Una reducción a esos niveles no perjudicaría ni su digestión ni su salud.

Integrar microbios de otros excrementos

Otra alternativa curiosa y llamativa es un experimento llevado a cabo por investigadores de la Universidad Estatal de Washington. Estos probaron microbios de excrementos de bebés canguro en simuladores de estómago de vaca.

Dichos microbios se caracterizan por generar ácido acético en lugar de metano, lo que reduce emisiones y aporta energía aprovechable para el crecimiento del ganado. Al introducirlos en el estómago simulado reemplazaron a los productores de metano durante meses. El próximo reto es comprobar si funciona en vacas reales.

Futuras aplicaciones

Yáñez-Ruiz destaca que el potencial del CRISPR es “enorme” en la modulación del microbioma digestivo, puesto que ya se conoce el genoma completo de la arquea más abundante del rumen (Methanobrevibacter ruminantium) y eso permitiría iniciar pruebas de edición genética en sistemas in vitro. “Sin embargo, el tiempo que se requiere para que esto pueda llegar a ser posible, no solo por cuestiones técnicas, sino legales, es aún muy largo”, asegura.

Hay que esperar entre 5 y 7 años para hacer más ensayos con animales y estudios de campo de contención

Para Ermias Kebreab, antes de usar el corta-pega genético a gran escala en granjas o sistemas comerciales habrá que esperar entre 5 y 7 años para hacer más ensayos con animales y estudios de campo de contención.

No obstante, la perspectiva es muy prometedora y los miembros de su proyecto ven “grandes posibilidades para CRISPR en el ganado más allá del metano, incluida la resistencia a las enfermedades, una mejor administración de vacunas y la resiliencia al estrés, si se aborda de manera responsable”.

La legislación marcará que su implantación se demore más o menos, con la FDA de EE UU desarrollando ya una guía para microbios modificados genéticamente. Eso sí, Europa muestra aún su habitual enfoque más restrictivo.