Iómicas: el instituto que busca revolucionar la ciencia y darle soluciones al mundo

Este Instituto, con sede en la Javeriana Cali, busca revolucionar la ciencia y la tecnología con herramientas que brinden soluciones a problemáticas en las áreas de salud, seguridad alimentaria, fuentes de energía y sostenibilidad productiva.

El próximo viernes 18 de noviembre se realizará la inauguración oficial del nuevo centro de investigación Iómicas, que tiene como sede principal la Pontificia Universidad Javeriana Cali, en donde se desarrollan proyectos que responden a diferentes problemáticas a nivel nacional y mundial.

El evento tendrá inicio desde las 7:00 p.m. y contará con la participación del viceministro de Ciencias, Sergio Cristancho; directivos del Banco Mundial, quienes son los financiadores del Instituto Iómicas; autoridades nacionales y regionales de los sectores de Gobierno, Industria y de la Academia.

El Instituto de Optimización Multiescala In-silico (es decir, hecho por computadora o vía simulación computacional) de Cultivos Agrícolas Sostenibles, Iómicas, era inicialmente un programa que buscaba a través de siete proyectos desarrollar e implementar estrategias científico-tecnológicas que aportaran a la seguridad alimentaria y a una producción sostenible a nivel mundial. Con el pasar del tiempo y con los resultados obtenidos, logra convertirse finalmente en un instituto.

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El proyecto Ómicas fue el ganador de la segunda convocatoria del programa nacional ‘Colombia científica’ en su foco estratégico de Alimentos. Esta iniciativa tiene como objetivo impulsar la calidad de las Instituciones de Educación Superior por medio de la creación de distintas alianzas que impulsen el desarrollo social y productivo en Colombia.

Iómicas cuenta con la participación de 17 instituciones, entre ellas Centros de Investigación como Bioversity Internacional y el Ciat; entidades de Educación Superior nacionales e internacionales, como por ejemplo las universidades de Tokio, la de Illinois y de los Andes; y socios industriales como Fedearroz e Intelecto. Este tendrá su sede ancla en la Universidad Pontificia Universidad Javeriana.

Este programa nace frente a la inquietud que surgió en el Centro Internacional de Agricultura Tropical, Ciat, con respecto al porqué existe una variación en el rendimiento de diferentes cultivos (como el de arroz, forrajes y frijoles). Es decir, por qué agricultores que siembran la misma clase de planta, unos obtienen mejores resultados que otros.

La hipótesis de las causas de esta situación es que estas podrían estar relacionadas con aspectos biofísicos que impacten el suelo, el clima y el mismo manejo de la siembra.

Con el fin de dar respuesta a esta problemática se debía conocer entonces el estado del entorno. Para ello se debe “tener las mejores herramientas con el fin de poder medir el estado del suelo, del clima, de los nutrientes y del panel analítico que se hace para entender qué es lo que falta o qué problema tenemos”, explica María Camila Rebolledo, investigadora principal del programa Iómicas, afiliada al Ciat.

Este tipo de herramientas suelen ser muy costosas, es por esto que el Ciat decidió comenzar a trabajar entre el 2015 y 2016 con un grupo de expertos de la Pontificia Universidad Javeriana Cali, liderados por el PHD. Andrés Jaramillo Botero, para la creación de tecnología de bajo costo, que pueda ser asequible para la población agricultora y que con esta se puedan detallar los datos de las variables en tiempo real y comprender qué está pasando en cada entorno y así diseñar una solución que se adapte al cambio climático.

Es decir, el propósito principal de este programa “es relativamente sencillo, garantizar dos cosas: uno, que el cultivo pueda tener todo lo que necesita en términos de nutrientes, estamos hablando de suelo. En segunda instancia, que podamos validar cómo se afecta el cultivo en función de la atmósfera y las variables que inciden en ella”, explicó el director científico del programa y del ahora instituto Iómicas, Andrés Jaramillo Botero.

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Los investigadores crearon una plataforma que no son las típicas estaciones meteorológicas que tienen en la agricultura, sino una que puede realizar una fenotipificación (es decir, poder verificar cómo la genética de un organismo vivo, en este caso, de una planta, se expresa en unas condiciones de entorno particular) de alto rendimiento en cultivos.

Esta información del fenotipado ayuda a identificar los genes que provocan una respuesta de estrés particular dentro del entorno. Este puede ser físico, como por ejemplo, el cambio de temperatura que conlleva a una hidratación excesiva del suelo o a una sequía por falta de nutrientes.

En 2018 nace la alianza Iómicas, entre la Universidad Javeriana y el Ciat, con la inversión del Banco Mundial y el Ministerio de Ciencias, con los cuales se sigue trabajando el tema de fenotipificación de cultivos y también se desarrollarán tecnologías para detectar gases de efecto invernadero en la agricultura.

Es decir, en Iómicas estaban “preocupados por el sufrimiento de la planta, ahora nos preocupa también cómo disminuir el impacto ambiental negativo de la agricultura con relación a la emisión de gases”, explica Andrés Jaramillo Botero, director científico del programa y del instituto Iómicas.

Dentro de los diferentes proyectos, el centro desarrolló una plataforma de recolección de datos llamada PhenoAgro. Esta sirve para la fenotipificación de cultivos (identificar los genes que producen una respuesta de estrés particular) y está compuesta por un artefacto terrestre, drones y un software que permite guardar dicha información en una nube a la cual se tiene acceso por medio de un dispositivo tecnológico, como por ejemplo, una tablet.

Esta tecnología posibilita monitorear de una manera más precisa y en tiempo real los cultivos en aspectos de nutrición, cosecha y mantenimiento, es decir, medir la humedad del suelo, la dirección del viento, la radiación solar, la presión atmosférica, entre otros. También facilita desarrollar nuevas variedades con mejor rendimiento agrícola.

Esta tecnología permite cuantificar datos de biomasa (de la materia orgánica que se encuentra en el suelo y cómo está interactúa con el sistema de la planta) y de nitrógeno en las hojas de los cultivos (ver cómo la planta sintetiza las proteínas que ayudan a su crecimiento), tomar imágenes multiespectrales (que ayudan a identificar en qué etapa se encuentra el cultivo) y térmicas.

Esta plataforma es una estructura tubular que va anclada en el campo y el agricultor es quien decide dónde ponerla. Posee también estos componentes:

• Una cámara de sensor de gas: Este tiene la utilidad de medir el desarrollo de la planta y en qué condiciones se encuentra
• Paneles solares: la energía que usa el Phenoagro es amigable con el medio ambiente.
• Piranómetro: Es un instrumento meteorológico que mide de manera precisa la radiación solar que reciben los cultivos.
• Pluviómetro: Mide la cantidad de agua que cae en forma de lluvia sobre la plantación.
• Sensor de dirección y velocidad del viento.

PhenoAgro realiza tres acciones:

1. Permite adecuarse a la altura del crecimiento del cultivo para así brindar un mejor seguimiento de la planta y puede llegar a alcanzar un tamaño de 6 metros.
2. Al final de su brazo robótico posee una cámara que permite tomar fotos y realizar cálculos basados en ella, por lo que este se puede mover en diferentes direcciones, dependiendo de la información que se le solicite a la plataforma.
3. Tiene sensores en el suelo que permiten medir la temperatura, la condición del pH, entre otros.

Todos estos elementos de recolección de datos ayudan a brindar una solución a los agricultores para que sus cultivos sean más fructíferos y de mejor calidad.

Iómicas no solo se enfoca en la creación de la tecnología, sino que desea compartir el conocimiento con quien vaya a hacer uso de dicha plataforma en temas como: utilización del dispositivo e interpretación de los datos.

Para poder ser más precisos en un cultivo más extenso, se ideó el programa ‘Hormiga’, donde se deben tener varios de estos artefactos (con una distancia entre uno y otro) para crear una red de información más completa.

Iómicas no solo desarrolla tecnología agrícola. Entre sus proyectos más nuevos, se encuentra ´Sensum’, el cual es una prueba rápida , económica y no invasiva para detectar diferentes virus, como el del Covid-19.

Iómicas tiene como reto para este año poner en funcionamiento cien estaciones de PhenoAgro distribuidas entre el Ciat, en plantaciones de Cenicaña y Fedearroz.

A su vez, reducir el costo final de esta tecnología para poder comenzar a masificarla y que se pueda convertir en un atractivo (en temas económicos) para los agricultores colombianos y extranjeros.

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En la actualidad, esta plataforma va en su tercera versión y entre las mejoras que se desean incluir están“integrar sensores que van un poquito más allá de la fenotipificación de cultivos, para dar la posibilidad de medir la respuesta de producción de glucosa o de otros metabolitos de la planta en función de las condiciones de entorno. Eso lo estamos logrando por sensores que van tatuados sobre la hoja de la planta o sobre el tallo y esos tendrían que comunicarle a la estación principal de PhenoAgro”, explico el director de Iómicas.

Aquí se comienza a incluir temas de nanotecnología que permiten recolectar datos mucho más precisos que posibiliten conocer el estado en tiempo real del cultivo, ya que la información será llevada a la nube.

El nuevo Instituto Iómicas trabajará bajo estos ítems:

• Salud: Comprender el condicionamiento ómico (desde el genoma hasta los metabolitos) que conduce a la enfermedad, la caracterización molecular en tiempo real para optimizar organismos que toleren el estrés físico y biológico.
• Sostenibilidad Productiva: Producir en mayor cantidad y con la mejor calidad, cuidando los factores ambientales.
• Seguridad Alimentaria: Habilitar la producción de alimentos nutritivos, asequibles y de alta calidad, para atender una población mundial.
• Fuentes ideales de energía: Trabajar la transformación energética eficiente, particularmente de energía química y eléctrica, para su almacenamiento y distribución de manera óptima para el consumo.