GMO ERA Project Construcción de Hipótesis de Riesgos

Taller: "Avances en el desarrollo de metodologías de evaluación y monitoreo de efectos
potenciales de los cultivos genéticamente modificados sobre organismos no blanco“.
Julio 2 al 5 de 2013 - México D.F.
Construcción de
Hipótesis de Riesgos
Edison R. Sujii
[email protected]
Recursos Genéticos e Biotecnologia GMO
ERA Project
Hipótesis de riesgo
comprobables
Objetivo:
• Combina la exposición hipotética y vías causales
de los efectos adversos para caracterizar las
hipótesis de riesgo;
• Uso de hipótesis de riesgo como un punto de
terminación cualitativa para la caracterización y
evaluación de riesgos
GMO ERA Project
Esquema general





Construcción de hipótesis de riesgo
Clasificación de hipótesis de riesgo (probabilidad y
factibilidad)
Estrategia para probar un conjunto de hipótesis de
riesgo
Asignación del esfuerzo en relación con la magnitud
del riesgo
Finalizar la evaluación de un riesgo =
caracterización de riesgo
GMO ERA Project
Definición de caso
Adquirir datos
Caso (rasgo, cultivo, recibiendo el medio ambiente
Identificación de los posibles efectos adversos en los servicios
ecosistémico en el medio receptor
Modelo conceptual para la
formulación del problema
Análisis de las interacciones
Tier 1
Grupos funcionales prioritarios
Importancia funcional
en el sistema de cultivo
Asociación con
lo cultivo
Tier 2
Especies o grupos prioritarios
Identificación de
las vías de
exposición
Identificación de
la vía efectos
adversos
Construir hipótesis de riesgo
Selección de hipótesis de riesgo
prioritarios
Seleccionar y realizar
experimentos
Hipótesis se puede
descartar
Decisión
basada en
datos
Tier 3
Especificación de los puntos
finales de evaluación
Identificación de los nexos
causales de estrés a efectos
adversos
Tier 4
Plan experimental
Variables de medición
Fase de análisis
Tier 5...n
Caracterización de la exposición
Caracterización del efecto adverso
Caracterización del
riesgo
Hipótesis
confirmada
GMO ERA Project
Metodología
de evaluación de
riesgos de los OMG
sobre organismos no
objetivo
Metodología de evaluación de riesgos
de los OMG sobre organismos no
objetivo
Construir hipótesis de riesgo
Selección de hipótesis de riesgo
prioritarios
Tier 4
Plan experimental
Variables de medición
Seleccionar y realizar
experimentos
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo
•
Exposición hipotética
•
Efectos adversos hipotéticos
•
Vínculos causales
•
Empieza con un factor de estrés
•
Termina en un efecto adverso
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo
Vía de
exposición
hipotética
Planta Bt
Polen Bt acerca
de las malezas
Toxina Bt ingerida
por herbívoros no
objetivo valorados
Via Causal
Via de efecto
adverso hipotético
Estresor
Câmbio
Interación
bitrófica
Mortalidad o
reducción de
aptitud debido a
ingestión de
toxina Bt
Reducción de
progenie de
herbivoro no
objetivo valorado
Efecto
Adverso
Reducción de la
abundancia o
Efecto adverso
Extirpación local
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
•
•
Valor Cultural en América
del Norte
Se alimentan de
algodoncillo, Asclepias sp.
•
Las larvas comen las hojas
•
Adultos come néctar
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
Hipótesis de exposición
Algodoncillo crece dentro y alrededor de un campo
de maíz Bt se espolvorean por el polen y anteras
de los cultivos que contienen la toxina Bt
Las larvas se alimentan de algodoncillo
contaminado dentro y alrededor de un campo de
cultivo Bt
GMO ERA Project
Navigational aid
¿Es un factor de estrés en este caso?
Polen de maíz Bt en las hojas de algodón (SI / NO)
Anteras de maíz Bt en las hojas de algodón (SI / NO)
Toxina Bt en el polen de maíz Bt en las hojas de algodón
(SI / NO)
Polen de maíz Bt en hojas de maíz Bt (SI / NO)
Residuos de maíz Bt en el suelo (SI / NO)
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
Hipótesis del efecto adverso
•
•
•
•
Las larvas van a morir
Bionomics o aptitud de los insectos se verán
afectados
menos adultos desarrollarán para reproducir y
mantener la población
¿Bajo nivel de abundancia de la población
conduce a la extirpación o extincion??? local
GMO ERA Project
Testable hypothesis of risk
Characterización y uso
Ejemplo: Mariposa Monarca
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
Hipótesis de Riesgo
Las larvas de la monarca se alimentan de
algodoncillo cubierto de polen y anteras de maíz
Bt, dentro y alrededor de los campos de maíz Bt,
provocando reducción de la aptitud, lo que
provoca la reducción de abundancia y la
extirpación local (= población local muere)
Estressor
Efecto adverso
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo
•
Exposición hipotética
•
Efectos adversos hipotéticos
•
Vínculos causales
•
Empieza con un factor de estrés
•
Termina en un efecto adverso
•
Testabilidad de la hipótesis
•
Falsabilidad de la hipótesis
GMO ERA Project
Punto final de medición
Una medida de un efecto sobre una variable
experimental en respuesta a un factor de
estrés, que pueden extrapolarse para estimar
el efecto en el punto final de evaluación.
Ejemplos:
Aptitud generacional
El tiempo de desarrollo
Mortalidad
La densidad de población en el área experimental
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
Los experimentos para testar la hipótesis general
•
•
•
•
Determinar si Toxina Bt afecta a las larvas de
monarca (desarrollo y supervivencia)
Evaluar la cantidad de polen (toxina) en las hojas de
algodoncillo dentro de los campos de maíz Bt
Evaluar la tasa de mortalidad y otros rasgos de
historia de vida, cuando las larvas se alimentan de
polen Bt contaminado hojas de algodoncillo
Evaluar el impacto global sobre el nivel de población
de la mariposa
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
Experimentos para poner a prueba la
hipótesis general
•
Determinar si toxina Bt afecta a las larvas de
monarca (desarrollo y supervivencia)
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo
Vía de
exposición
hipotética
Maiz Bt
Estresor
Polen y antera
Bt malezas
Toxina Bt ingerida
por larvas
Câmbio
Interación
bitrófica
Via Causal
Via de efecto
adverso hipotético
Mortalidad o
reducción de
aptitud debido a
ingestión de
toxina Bt
Experimento 1
Reducción de
progenie de
herbivoro no
objetivo valorado
Efecto
Adverso
Reducción de la
abundancia o
Efecto adverso
Extirpación local
GMO ERA Project
Determinar si toxina Bt afecta inmaduros de
Monarca (desarrollo y supervivencia)
Métodos (Testabilidad)
•
Bioensayos
•
insectos estandarizados (¿laboratorio o en el campo?)
•
fuente de toxina purificada
•
dosis o concentración de la toxina
Variables experimentales (Falsabilidad)
El tiempo de desarrollo, la masa de pupa, las tasas de
supervivencia
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
Experimentos para poner a prueba la
hipótesis general
•
Evaluar la cantidad de polen (toxina) en las
hojas de algodoncillo dentro de los campos
de maíz Bt
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo
Vía de
exposición
hipotética
Maiz Bt
Polen y antera
Bt malezas
Estresor
Experimento 2
Toxina Bt ingerida
por larvas
Câmbio
Interación
bitrófica
Via Causal
Via de efecto
adverso hipotético
Mortalidad o
reducción de
aptitud debido a
ingestión de
toxina Bt
Reducción de
progenie de
herbivoro no
objetivo valorado
Efecto
Adverso
Reducción de la
abundancia o
Efecto adverso
Extirpación local
GMO ERA Project
Evaluar la cantidad de polen (toxina) en las
hojas de algodoncillo dentro de los campos
de maíz Bt
Métodos (Testabilidad)
•
•
Colección de campo de las hojas de algodoncillo (¿Cuándo y en qué parte
del campo? ¿Qual hoja de algodoncillo? ¿Cuántos campos? Condiciones
ambientales, incluyendo: temperatura, la lluvia, el viento, la radiación UV,
etc)
Cuantificación de polen y proteínas Bt activo (microscopía, ELISA,
Western blot, bioensayo con insectos)
Variables experimentales (Falsabilidad)
•
Cantidad de proteínas Bt en las hojas de algodoncillo en el interior y
alrededor de los campos de maíz Bt (proteína / área de hoja)
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
Experimentos para poner a prueba la
hipótesis general
•
Evaluar la tasa de mortalidad y otros rasgos
de historia de vida (dinámica de la población),
cuando las larvas se alimentan de hojas de
algodoncillo contaminado con polen Bt
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo
Vía de
exposición
hipotética
Maiz Bt
Estresor
Polen y antera
Bt malezas
Toxina Bt ingerida
por larvas
Câmbio
Interación
bitrófica
Via Causal
Via de efecto
adverso hipotético
Mortalidad o
reducción de
aptitud debido a
ingestión de
toxina Bt
Reducción de
progenie de
herbivoro no
objetivo valorado
Efecto
Adverso
Reducción de la
abundancia o
Experimento 3
Efecto adverso
Extirpación local
GMO ERA Project
Evaluar la tasa de mortalidad y otros rasgos
de historia de vida cuando las larvas se
alimentan de hojas de algodoncillo
contaminado con polen Bt
Métodos (Experimental)
•
bioensayos
•
insectos estandarizados (¿laboratorio o en el campo?)
•
polen depositado en las hojas de algodoncillo
•
calcular la concentración de toxina (cantidad de polen)
Variables experimentales (Falsabilidad)
CL, tasa de supervivencia, tiempo de desarrollo, masa de pupa, tamaño
adulto, fecundidad
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
Experimentos para poner a prueba la
hipótesis general
•
Evaluar el impacto global sobre el nivel de
población de la mariposa
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo
Vía de
exposición
hipotética
Maiz Bt
Estresor
Polen y antera
Bt malezas
Toxina Bt ingerida
por larvas
Câmbio
Interación
bitrófica
Via Causal
Via de efecto
adverso hipotético
Mortalidad o
reducción de
aptitud debido a
ingestión de
toxina Bt
Reducción de
progenie de
herbivoro no
objetivo valorado
Experimento 4
Efecto
Adverso
Reducción de la
abundancia o
Efecto adverso
Extirpación local
GMO ERA Project
Evaluar el impacto global sobre el nivel de
población de la mariposa
Methods (Testability)
•
•
•
•
encuesta de campo
poblaciones algodoncillo dentro y fuera de los campos de maíz
Bt
densidad de mariposas monarca desde diferentes áreas
plantadas con maíz Bt y no Bt
Impacto del maíz Bt en las poblaciones de monarca
Experimental variables (Falsifiability)


Population densities
Population dynamics modeling
GMO ERA Project
Evaluar el impacto global sobre el nivel de
población de la mariposa
Métodos (Testabilidad)
•
•
•
•
encuesta de campo
poblaciones algodoncillo dentro y fuera de los campos de maíz Bt
densidad de mariposas monarca desde diferentes áreas plantadas con
maíz Bt y no Bt
Impacto del maíz Bt en las poblaciones de monarca
Variables experimentales (Falsabilidad)
•
Las densidades de población
•
Modelación de la dinámica de la población
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Mariposa Monarca
¿Cómo organizar una estrategia de
estadificación de esta hipótesis de riesgo?
•
•
•
•
Determinar si la toxina Bt afecta a las larvas de
monarca (desarrollo y supervivencia)
Evaluar la cantidad de polen (toxina) en las hojas de
algodoncillo dentro de los campos de maíz Bt
Evaluar la tasa de mortalidad y otros rasgos de
historia de vida, cuando las larvas se alimentan de
polen Bt contaminado hojas de algodoncillo
Evaluar el impacto global sobre el nivel de población
de la mariposa
GMO ERA Project
Bioensayo
toxina Bt x
inmadura
¿La toxina
aumenta la
mortalidad?
No
No efecto
adverso
No
Si
¿Toxina de Bt cambia
el desarrollo o el
tamaño del insecto?
Si
cantidad de polen
(toxina) en el
algodoncillo en
campos de maíz Bt
¿Hay
cantidad detectable de polen
Bt en las hojas de algodoncillo
en el campo?
Si
No
No efecto
adverso
Continuar para
realizar
nuevos
estudios
No
¿Hay
cantidad detectable de
Bt polen en las hojas de
algodoncillo fuera
el campo?
Si
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Ejercicio en grupo
Trichogramma sp.



Parasitoide de huevos
Generalista
Agente
de
control
biológico
GMO ERA Project
Construcción de hipótesis de riesgo:
Trichogramma sp.





Las poblaciones naturales o liberado de Trichogramma
pueden controlar plagas huésped en el campo
Trichogramma ponen huevos en los huevos
lepidópteros que se alimentan de los cultivos Bt
de
Lepidópteros resistentes que se alimentan de los
cultivos Bt puede adquirir la toxina Bt
No existe información sobre los efectos de la toxina Bt
en las larvas o adultos Trichogramma
Trichogramma puede ser un importante agente de
control biológico
GMO ERA Project
Hipótesis de riesgo testable
Ejercicio

¿Cuál es la hipótesis de la exposición?

¿Cuáles son hipótesis de efectos adversos?

Rellene siguiente diagrama

Escribe la hipótesis de riesgo en una sola frase
GMO ERA Project
Complete el diagrama (añadir casillas si es necesario)
Estresor
Vía de
exposición
hipotética
Via Causal
Via de efecto
adverso hipotético
Efecto
Adverso
Efecto adverso
GMO ERA Project
Hipótesis de riesgo experimental
Experimentos para poner a prueba
la hipótesis





Asegúrese de que el parasitoide se expondrá a la toxina Bt
Tenga en cuenta los rasgos de historia de vida y el
comportamiento de alimentación del parasitoide
Considerar la biología y el comportamiento de alimentación
del huésped
Considerar la tasa de mortalidad de las larvas del
parasitoide
Considerar el impacto del parasitoide en el control biológico
de las plagas: Población x poblaciones naturales liberados
GMO ERA Project
Hipótesis de riesgo testable
Experimentos para poner a prueba
la hipótesis




Evaluación del contenido de toxina Bt en el interior de
los huevos de herbívoros
Determinar si la toxina Bt afecta inmaduros de
Trichogramma (desarrollo y supervivencia)
Determinar si el comportamiento de búsqueda de
Trichogramma se ve afectada por la presencia de la
toxina Bt en el interior del huevo herbívoro
Evaluar el impacto eficacia general de la mortalidad
Trichogramma o reducción en la aptitud en el control
biológico
GMO ERA Project
¿Es necesario para ejecutar todos los experimentos?
NO !!!
GMO ERA Project
Hipótesis
Testable hypothesis
de riesgo testable
of risk
Clasificación de las pruebas de
hipótesis de riesgo
•
•
Probabilidad: ¿cuál es la probabilidad de que esto
suceda?
Factibilidad: ¿puede ser probado?
GMO ERA Project
Hipótesis de riesgo testable
Experimentos para testar hipótesis
•
•
•
•
Evaluación del contenido de toxina Bt en el interior de
los huevos de herbívoros
Determinar si la toxina Bt afecta inmaduros de
Trichogramma (desarrollo y supervivencia)
Determinar si el comportamiento de búsqueda de
Trichogramma se ve afectada por la presencia de la
toxina Bt en el interior del huevo herbívoro
Evaluar el impacto eficacia general de la mortalidad
Trichogramma o reducción en la aptitud en el control
biológico
Probabilidad
GMO ERA Project
Hipótesis de riesgo testable
Experimentos para testar hipótesis
•
•
•
•
Evaluación del contenido de toxina Bt en el interior de
los huevos de herbívoros
Determinar si la toxina Bt afecta inmaduros de
Trichogramma (desarrollo y supervivencia)
Determinar si el comportamiento de búsqueda de
Trichogramma se ve afectada por la presencia de la
toxina Bt en el interior del huevo herbívoro
Evaluar el impacto eficacia general de la mortalidad
Trichogramma o reducción en la aptitud en el control
biológico
Factibilidad
GMO ERA Project
Un ejemplo multi-camino
GMO ERA Project
Exposición
hipotética
Iniciator
Planta Bt
Toxina Bt ingerida
por herbivoro noobjetivo
Câmbio
Interación
bitrófica
Via Causal
Aumenta la aptitud
y comportamiento
preferencia por la
planta huésped GM
Aumento de los
herbivoros noobjetivo
Efecto
Adverso
Nuevo estatus de
la plaga
pérdida de
rendimiento
Punto final
(Endpoint)
GMO ERA Project
Planta Bt
Exposición
hipotética
Via Causal
Toxina Bt
ingerida por
herbívoros
objetivo
Disminución
de los
herbívoros
objetivo
Toxina Bt ingerida
por herbivoro noobjetivo
Afectan los
niveles tróficos
(tercero y
superior)
Reducción de
de predadores
o parasitoides
Ausencia o baja
abundancia de
competidores
herbívoros
Efecto
Adverso
Iniciador
Reducción o
ningún uso de
pesticidas
Câmbio
Interación
bitrófica
Aumenta la aptitud
y comportamiento
preferencia por la
planta huésped GM
Aumento de los
herbivoros noobjetivo
Nuevo estatus de
la plaga
pérdida de
rendimiento
Endpoint
GMO ERA Project
Clasificación de hipótesis de riesgo
Toxina Bt
ingerida por
afídeos
Aumenta la aptitud y
comportamiento
preferencia por la planta
huésped GM
Reducción de de
predadores o parasitoides
Reducción de de
predadores o parasitoides
Algodón Bt
Iniciador
Toxina Bt
ingerida por
orugas
objetivo
Ausencia o baja abundancia
de competidores herbívoros
Reducción o ningún uso de
pesticidas
Aumento de los
herbivoros noobjetivo
Nuevo estatus de
la plaga
pérdida de
rendimiento
Endpoint
Probabilidad: ¿cuál es la probabilidad de cada uno de
ellos ocurra?
GMO ERA Project
Clasificación de hipótesis de riesgo
Toxina Bt
ingerida por
afídeos
Aumenta la aptitud y
comportamiento
preferencia por la planta
huésped GM
Reducción de de
predadores o parasitoides
Algodón Bt
Reducción de de
predadores o parasitoides
Iniciador
Toxina Bt
ingerida por
orugas
objetivo
Ausencia o baja abundancia
de competidores herbívoros
Reducción o ningún uso de
pesticidas
Aumento de los
herbivoros noobjetivo
Nuevo estatus de
la plaga
pérdida de
rendimiento
Endpoint
Viabilidad: ¿se puede probar cada uno?
GMO ERA Project
Testable hypothesis of
risk
Caracterización
y uso
Estrategia para probar la hipótesis de
conjunto de riesgo
•
•
•
•
•
Vínculos causales débiles
Vínculos causales clave
Experimentos fáciles y difíciles
Estadificación de la prueba
Variables experimentales
GMO ERA Project
Vínculos clave
Cultivo GM
Efecto
adverso
GMO ERA Project
Vínculos débiles
Gusano
Spodoptera
Aumento
herbivoria
D
Algodón
Bt
crisópidos
Rendimientos
reducidos
Antes de realizar cualquier experimento ERA
Depende del conocimiento previo
GMO ERA Project
Vínculos factíveis
un objectivo eficiente
Gusano
Spodoptera
F
Algodón
Bt
crisópidos
Aumento
herbivoria
Rendimientos
reducidos
Costo relativo de realización de experimentos
Depende de la infraestructura de investigación y el
acceso a materiales de investigación
GMO ERA Project
Bt cotton, Brazil – fall armyworm
(FAW)
Qualitative
Levins Model
FAW
Increased
Herbivory
X
Reduced
Yield
LaceW
Bt
cotton
LadyBeetle
Orius
Can determine which
if any, propagate
to a plausible risk
GMO ERA Project
Clasificación de hipótesis de riesgo
Toxina Bt
ingerida por
afídeos
Aumenta la aptitud y
comportamiento
preferencia por la planta
huésped GM
Reducción de de
predadores o parasitoides
Algodón Bt
Reducción de de
predadores o parasitoides
Iniciador
Toxina Bt
ingerida por
orugas
objetivo
Ausencia o baja abundancia
de competidores herbívoros
Reducción o ningún uso de
pesticidas
Aumento de los
herbivoros noobjetivo
Nuevo estatus de
la plaga
pérdida de
rendimiento
Endpoint
Vínculos causales - enlaces débiles y la clave
GMO ERA Project
Recursos Genéticos e Biotecnologia
Edison Ryoiti Sujii
e.mail: edison.sujii@embrapa .br
GMO ERA Project