ÓMICAS: seguridad alimentaria y productividad sostenible del agro para el mundo

Desde el 2018, el programa de investigación Optimización Multiescala In silico de Cultivos Agrícolas Sostenibles - ÓMICAS, desarrolla e implementa estrategias, métodos y soluciones científico-tecnológicas para el mejoramiento de variedades agrícolas. Utiliza los modelos de la caña de azúcar y el arroz como referencia para validar las soluciones propuestas; soluciones que pueden ser aplicadas para el mejoramiento de otros cultivos y organismos vivos. 

La alianza ÓMICAS, que reúne a 17 organizaciones nacionales e internacionales, tiene su ancla y dirección científica en la Universidad Javeriana Cali.  Es el único programa en Alimentos del Ecosistema Científico Colombiano, y está financiado por el Gobierno Nacional con recursos del Banco Mundial y por contrapartidas de sus aliados, hasta el año 2023, con una inversión cercana a los 27 mil millones de pesos.  

Logros y avances iniciales 

El equipo de investigadores del programa ha logrado, entre otros resultados y productos: 

Identificar y comprender algunos de los mecanismos que intervienen en la respuesta de las plantas de arroz, ante diferentes estreses físicos (ej. Cambios en radiación solar, altas temperaturas nocturnas, toxicidad por metales en suelos ácidos) o biológicos (virus de hoja blanca), desde el ADN hasta la expresión genética bajo condiciones de cultivo. 

Avanzar en la comprensión de la relación entre variaciones genéticas del arroz y su expresión en diferentes condiciones de suelo y atmósfera, con el propósito de desarrollar variedades con rasgos agronómicos mejorados. 

(Al nivel molecular) Predecir computacionalmente un conjunto de estructuras candidatas de la proteína transmembranal celular (GCR1), encargada de regular algunas de las señales que intervienen en la respuesta ante estreses en las plantas. 

(Al nivel molecular) Desarrollar nano-sensores (experimentales) para medir metabolitos primarios y secundarios en un organismo vivo, y contenido de metales en suelo (iones de aluminio, Al3+), a ultra bajas concentraciones. Esto permite identificar la actividad metabólica molecular que regula la respuesta del organismo ante estreses, de manera temprana, para favorecer la toma de decisiones oportunas en el cuidado de su salud. 

(Al nivel de cultivo) Desarrollar soluciones para el monitoreo de variables atmosféricas, de planta y suelo en tiempo real, a través de plataformas terrestres (ej. PhenoAgro) y aéreas georeferenciadas, que permiten la toma de decisiones oportunas frente al estado de salud (ej. enfermedades), la nutrición (ej. nitrógeno en hoja), el mantenimiento (ej. Distribución hídrica en suelos) y la cosecha (ej. Producción de biomasa), así como para el mejoramiento y desarrollo de nuevas variedades permitiendo correlacionar el genotipo de una variedad con su expresión fenotípica en un entorno particular. 

(Al nivel de planta) Diseñar e implementar métodos y algoritmos computacionales para identificar la función de diferentes genes, o sus correlaciones; en particular aquellos que participan en la respuesta a estreses específicos. Esto proporciona un marco de referencia para reducir el espacio de búsqueda de genes candidatos que puedan ser editados para mejorar la tolerancia y eficiencia de una planta. 

(Al nivel de cultivo) Optimizar la metodología internacional de medición de emisión de gases de efecto invernadero (GEI) de cultivos mediante el uso de cámaras estáticas para la medición de metano y oxido nitroso en el sistema de producción de caña de azúcar en el valle del río Cauca.  Esto permite iniciar un proceso de afinamiento de las prácticas de fertilización con el objetivo de disminuir la emisión de GEI. Esta metodología servirá para determinar las diferencias en la emisión de GEI dependientes de la variedad sembrada para reducir el impacto ambiental.  

(Capital humano) Formar una nueva cohorte de científicos investigadores, al nivel de pregrado, maestría y doctorado, en ciencias e ingeniería ómicas para el agro mundial. 

Patentes útiles para la práctica agrícola 

Un sistema para la medición de sacarosa o almidón en células, basado en un nanosensor compuesto por nanopartículas de oro modificadas para la medición selectiva y en ultra-bajas concentraciones de estos analitos.  

Un sistema fotoacústico para medir la evolución de las reacciones de oxígeno en plantas que está asociado con el rendimiento del cultivo por su función en la fotosíntesis. 

iÓMICAS -  Apuesta estratégica, de cara al futuro 

La Javeriana Cali ha creado el nuevo Instituto de Investigación en Ciencias ÓMICAS, iOMICAS, con el cual se consolida la estrategia investigativa y el recurso experimental del programa ÓMICAS, sobre organismos vegetales, y su extensión hacia animales y humanos. En el iOMICAS continuará el esfuerzo investigativo de primer nivel, con el propósito de aportar soluciones en contexto a los problemas y retos prioritarios que enfrenta la humanidad, en términos de alimento, agricultura, nutrición y salud. iOMICAS ofrecerá servicios técnico-científicos y consultoría especializada para: análisis y anotación de genomas, caracterización ómica de variedades agrícolas, mejoramiento in-silico de variedades, caracterización de organismos a nanoescala, nanosensores para medición de biomarcadores, entre otros. 

Alianza ÓMICAS de Colombia Científica 

• Centro de Internacional de Agricultura Tropical, CIAT-Bioversity International (Colombia).
   
• Centro de Investigación de la Caña de Azúcar (Cenicaña, Colombia).
   
• Fedearroz (Colombia).
   
• Hi-Tech Automation (Colombia).
   
• Instituto Nacional de Agricultura Botánica – NIAB (Cambridge, Reino Unido).
   
• Intelecto SAS (Colombia).
   
• Instituto Tecnológico de California – Caltech (Pasadena, Estados Unidos).
   
• Universidad de Ghent (Ghent, Bélgica). 
   
• Universidad de Tokio (Tokio, Japón). 
   
• Universidad de Illinois (Urbana Champagne, Estados Unidos).
   
• Universidad del Quindío (Colombia).
   
• Universidad de Ibagué (Colombia).
   
• Universidad de los Llanos (Colombia).
   
• Universidad de los Andes (Colombia).
   
• Universidad ICESI (Colombia).
   
• Javeriana – Bogota (Colombia).
   
• Javeriana – Cali, Universidad Ancla (Colombia). 

Andrés Jaramillo Botero, PhD. 

Doctor en Ingeniería (Ciencia e Ingeniería de Nanoescala), magíster en ciencias de la computación (física de semiconductores) y licenciado en ingeniería eléctrica; con postdoctorados en ciencia de Nanoescala, en Caltech y la Universidad de California Los Angeles (UCLA).  

En Colombia, es profesor titular y miembro de la sociedad de honor Javeriana, Director Científico de la Alianza ÓMICAS, y Director Fundador del Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas en la Universidad Javeriana Cali.  

En Estados Unidos, es el Director de la unidad de investigación en ciencia de multiescala del centro de materiales y procesos, y Científico y lecturer de la división de Química e Ingeniería Química del Instituto Tecnológico de California (Caltech).