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Avances en biotecnolog�a vegetal: una revisi�n de t�cnicas y aplicaciones

 

Advances in plant biotechnology: a review of techniques and applications

 

Avan�os na biotecnologia vegetal: uma revis�o das t�cnicas e aplica��es

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: xavierjimenez1973@gmail.com

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 26 de junio de 2025 *Aceptado: 24 de julio de 2025 * Publicado: �11 de agosto de 2025

 

       I.          Unidad Educativa Municipal Fern�ndez Madrid, Ecuador.

     II.          Escuela de Educaci�n B�sica Ciudad de Cuenca, Ecuador.

   III.          Unidad Educativa "Padre Rafael Ferrer", Ecuador.

   IV.          UE Domingo Faustino Sarmiento, Ecuador.

 

Resumen

La biotecnolog�a vegetal se ha consolidado como un pilar fundamental en el desarrollo de sistemas agr�colas m�s productivos, sostenibles y resilientes. Entre sus avances m�s notables destacan la edici�n gen�tica de precisi�n mediante CRISPR/Cas9, el cultivo de tejidos vegetales, la aplicaci�n de biofertilizantes y bioestimulantes, y la nanotecnolog�a agr�cola. Estas herramientas han permitido mejorar la resistencia a plagas y enfermedades, optimizar la eficiencia en el uso de nutrientes y agua, y aumentar la calidad y el rendimiento de los cultivos. Esta revisi�n presenta una s�ntesis de los principios, aplicaciones y desaf�os asociados a estas tecnolog�as, con un enfoque especial en su implementaci�n en pa�ses en desarrollo como Ecuador. Asimismo, se discuten aspectos regulatorios, de aceptaci�n social y de transferencia tecnol�gica que condicionan su adopci�n. Se concluye que, si bien la biotecnolog�a vegetal ofrece soluciones de alto impacto para la seguridad alimentaria y la sostenibilidad, su aprovechamiento �ptimo requiere inversi�n en investigaci�n, marcos regulatorios claros y programas de capacitaci�n que incluyan a peque�os y medianos productores.

Palabras Clave: Biotecnolog�a vegetal; CRISPR/Cas9; cultivo de tejidos; biofertilizantes; nanotecnolog�a agr�cola; sostenibilidad.

 

Abstract

Plant biotechnology has established itself as a fundamental pillar in the development of more productive, sustainable, and resilient agricultural systems. Its most notable advances include precision gene editing using CRISPR/Cas9, plant tissue culture, the application of biofertilizers and biostimulants, and agricultural nanotechnology. These tools have led to improved resistance to pests and diseases, optimized nutrient and water use efficiency, and increased crop quality and yield. This review presents a summary of the principles, applications, and challenges associated with these technologies, with a special focus on their implementation in developing countries such as Ecuador. It also discusses regulatory, social acceptance, and technology transfer aspects that influence their adoption. It concludes that, while plant biotechnology offers high-impact solutions for food security and sustainability, its optimal use requires investment in research, clear regulatory frameworks, and training programs that include small and medium-sized producers.

Keywords: Plant biotechnology; CRISPR/Cas9; tissue culture; biofertilizers; agricultural nanotechnology; sustainability.

Resumo

A biotecnologia vegetal consolidou-se como um pilar fundamental no desenvolvimento de sistemas agr�colas mais produtivos, sustent�veis e resilientes. Os seus avan�os mais not�veis incluem a edi��o gen�tica de precis�o utilizando CRISPR/Cas9, a cultura de tecidos vegetais, a aplica��o de biofertilizantes e bioestimulantes e a nanotecnologia agr�cola. Estas ferramentas levaram � melhoria da resist�ncia a pragas e doen�as, � otimiza��o da efici�ncia da utiliza��o de nutrientes e �gua e ao aumento da qualidade e produtividade das culturas. Esta revis�o apresenta um resumo dos princ�pios, aplica��es e desafios associados a estas tecnologias, com especial enfoque na sua implementa��o em pa�ses em desenvolvimento, como o Equador. Discute tamb�m aspetos regulamentares, de aceita��o social e de transfer�ncia de tecnologia que influenciam a sua ado��o. Conclui que, embora a biotecnologia vegetal ofere�a solu��es de elevado impacto para a seguran�a alimentar e a sustentabilidade, a sua utiliza��o optimizada requer investimento em investiga��o, quadros regulamentares claros e programas de forma��o que incluam pequenos e m�dios produtores.

Palavras-chave: Biotecnologia vegetal; CRISPR/Cas9; cultura de tecidos; biofertilizantes; nanotecnologia agr�cola; sustentabilidade.

 

Introducci�n

La agricultura mundial enfrenta retos crecientes derivados del cambio clim�tico, la p�rdida de biodiversidad, la degradaci�n de suelos y la necesidad de alimentar a una poblaci�n en crecimiento que se estima alcanzar� los 9.700 millones de personas para 2050 (FAO, 2022). Ante este escenario, la biotecnolog�a vegetal se presenta como una herramienta clave para incrementar la productividad y resiliencia de los cultivos, minimizando al mismo tiempo el impacto ambiental.

Entre las t�cnicas m�s innovadoras destaca la edici�n gen�tica con CRISPR/Cas9, que permite modificar de forma precisa secuencias espec�ficas del ADN para introducir o suprimir caracter�sticas de inter�s agron�mico (Chen et al., 2019). Tambi�n, el cultivo de tejidos vegetales ha facilitado la propagaci�n masiva de plantas libres de pat�genos, la conservaci�n de especies y la obtenci�n de material gen�tico homog�neo de alta calidad (Murashige & Skoog, 1962; Garc�a & Angulo, 2023).

En paralelo, el uso de biofertilizantes y bioestimulantes ha emergido como una alternativa sostenible para mejorar la salud y rendimiento de los cultivos, reduciendo la dependencia de fertilizantes qu�micos y promoviendo pr�cticas agr�colas m�s amigables con el medio ambiente (Singh et al., 2020). Por su parte, la nanotecnolog�a agr�cola ofrece innovaciones como nanofertilizantes y nanosensores para la liberaci�n controlada de nutrientes y la detecci�n temprana de pat�genos (Kah et al., 2019; Maaz et al., 2025).

En Ecuador, pa�s con una econom�a agr�cola diversa y una notable biodiversidad, estas herramientas ofrecen un potencial significativo para mejorar cultivos de exportaci�n como banano, cacao, caf� y flores, as� como cultivos alimentarios de consumo interno. Sin embargo, su adopci�n depende de superar desaf�os relacionados con la infraestructura tecnol�gica, la regulaci�n y la capacitaci�n de los actores involucrados.

El presente art�culo tiene como objetivo revisar de manera cr�tica las principales t�cnicas de biotecnolog�a vegetal y sus aplicaciones, analizando su viabilidad e impacto en el contexto ecuatoriano y global.

2. Fundamentaci�n te�rica

2.1. Edici�n gen�tica de precisi�n: CRISPR/Cas9

La tecnolog�a CRISPR/Cas9 ha revolucionado el mejoramiento gen�tico vegetal gracias a su capacidad para realizar modificaciones espec�ficas en secuencias de ADN de manera eficiente, r�pida y relativamente econ�mica (Chen et al., 2019). A diferencia de los transg�nicos tradicionales, CRISPR puede generar variedades sin introducir material gen�tico for�neo, lo que podr�a favorecer su aceptaci�n social y regulatoria en algunos pa�ses (Zaidi et al., 2019).

En agricultura, se ha empleado para mejorar la resistencia a enfermedades (como el mildi� en trigo), incrementar la tolerancia a estr�s h�drico y optimizar la calidad nutricional en cultivos como arroz, tomate y ma�z (Akanmu et al., 2024). En el caso ecuatoriano, aunque a�n no existen aplicaciones comerciales, se han iniciado investigaciones en cacao para resistencia a la moniliasis y en banano para tolerancia a la sigatoka negra, impulsadas por instituciones como el INIAP.

 

2.2. Cultivo de tejidos y micropropagaci�n

El cultivo de tejidos vegetales es una t�cnica basada en la totipotencia celular, la capacidad de una c�lula vegetal para regenerar una planta completa. Utiliza medios de cultivo nutritivos en condiciones est�riles para multiplicar material vegetal, conservar germoplasma o regenerar plantas a partir de c�lulas transformadas (Murashige & Skoog, 1962).

Modalidades comunes incluyen:

• Organog�nesis: formaci�n de �rganos (ra�ces, tallos, hojas) a partir de explantos.
• Embriog�nesis som�tica: generaci�n de embriones a partir de c�lulas som�ticas.
• Micropropagaci�n clonal: producci�n masiva de individuos gen�ticamente id�nticos y libres de pat�genos.

En Ecuador, esta t�cnica ha sido aplicada con �xito en la producci�n de pl�ntulas de banano libres de virus, la propagaci�n de orqu�deas nativas y la multiplicaci�n de cultivos andinos como papa y uvilla (Garc�a & Angulo, 2023). Sus principales ventajas incluyen la rapidez de propagaci�n y la sanidad del material obtenido; sin embargo, requiere infraestructura especializada y personal capacitado, lo que puede limitar su acceso a peque�os productores.

2.3. Biofertilizantes y bioestimulantes

Los biofertilizantes son productos que contienen microorganismos vivos capaces de colonizar la rizosfera o el interior de las plantas, mejorando la disponibilidad y absorci�n de nutrientes esenciales (Singh et al., 2020). Entre los m�s utilizados se encuentran las bacterias fijadoras de nitr�geno (Rhizobium, Azotobacter), las solubilizadoras de f�sforo y los hongos micorr�cicos arbusculares.

Los bioestimulantes, por su parte, incluyen extractos de algas, amino�cidos, �cidos h�micos y f�lvicos, as� como consorcios microbianos, que favorecen la tolerancia a estr�s abi�tico y estimulan el desarrollo radicular y foliar.

En Ecuador, el uso de biofertilizantes se ha promovido especialmente en cacao, caf� y hortalizas, donde han mostrado incrementos en rendimiento y calidad, adem�s de reducir la dependencia de fertilizantes sint�ticos.

 

2.4. Nanotecnolog�a agr�cola

La nanotecnolog�a aplicada a la agricultura busca mejorar la eficiencia y sostenibilidad de la producci�n mediante el uso de materiales y dispositivos a escala nanom�trica (Kah et al., 2019). Entre sus aplicaciones destacan:

• Nanofertilizantes: liberaci�n controlada de nutrientes, reduciendo p�rdidas por lixiviaci�n.
• Nanopesticidas: formulaciones m�s estables y con menor dosis requerida.
• Nanosensores: detecci�n temprana de pat�genos y monitoreo de condiciones de suelo y cultivo en tiempo real.

Estudios recientes han mostrado que el uso de nanofertilizantes puede mejorar significativamente la eficiencia de absorci�n de nutrientes y reducir el impacto ambiental (Maaz et al., 2025). Aunque en Ecuador su adopci�n a�n es incipiente, existen proyectos piloto en arroz y ma�z que han reportado mejoras en el rendimiento con menor cantidad de insumos.

3. Discusi�n

La revisi�n de las principales herramientas de biotecnolog�a vegetal permite observar un avance notable en su diversidad, precisi�n y potencial de impacto. Sin embargo, la adopci�n efectiva de estas tecnolog�as depende de factores t�cnicos, regulatorios, econ�micos y sociales que var�an seg�n la regi�n.

3.1. Comparaci�n entre t�cnicas

La edici�n gen�tica con CRISPR/Cas9 destaca por su capacidad de introducir cambios precisos en el genoma, reduciendo los tiempos de mejoramiento y los costos frente a m�todos convencionales (Chen et al., 2019). Aunque ofrece ventajas regulatorias en algunos pa�ses, en Ecuador persiste la ausencia de un marco legal espec�fico para su uso comercial, lo que limita su avance fuera del �mbito experimental.

El cultivo de tejidos es actualmente la t�cnica m�s implementada en el pa�s gracias a la infraestructura existente en instituciones p�blicas y privadas. Su impacto se refleja en la exportaci�n de banano y flores libres de pat�genos y en la conservaci�n de germoplasma (Garc�a & Angulo, 2023).

Los biofertilizantes y bioestimulantes presentan la mejor relaci�n costo-beneficio para peque�os y medianos productores, y han mostrado resultados positivos en rendimiento y calidad en cultivos de importancia nacional como cacao y caf� (Singh et al., 2020).

La nanotecnolog�a agr�cola, aunque con menor presencia en el sector productivo ecuatoriano, tiene un alto potencial para optimizar el uso de insumos y mejorar la trazabilidad de la producci�n. No obstante, su alto costo y la necesidad de evaluar riesgos ambientales siguen siendo barreras importantes (Maaz et al., 2025).

 

3.2. Retos en Ecuador

• Infraestructura limitada: gran parte de los laboratorios especializados se concentran en pocas ciudades, dificultando el acceso de productores rurales.
• Capacitaci�n insuficiente: la transferencia tecnol�gica requiere programas de formaci�n continua que involucren a t�cnicos y agricultores.
• Regulaci�n ambigua: no existe a�n un marco normativo que distinga entre organismos gen�ticamente modificados y editados gen�ticamente.
• Percepci�n p�blica: la falta de informaci�n clara genera rechazo hacia innovaciones biotecnol�gicas, especialmente las relacionadas con modificaci�n gen�tica (Zaidi et al., 2019).

 

3.3. Impacto socioecon�mico y ambiental

La integraci�n de biotecnolog�a vegetal podr�a contribuir a:

• Seguridad alimentaria: cultivos m�s resistentes a sequ�as, inundaciones y plagas.
• Competitividad internacional: productos de mayor calidad y valor agregado para mercados exigentes.
• Sostenibilidad ambiental: reducci�n del uso de pesticidas y fertilizantes qu�micos gracias a variedades resistentes y bioinsumos (Kah et al., 2019).

 

3.4. Perspectivas futuras

Para que Ecuador pueda aprovechar plenamente la biotecnolog�a vegetal, es necesario:

1. Establecer marcos regulatorios claros y basados en evidencia cient�fica.
2. Fomentar alianzas p�blico-privadas para escalar investigaciones exitosas.
3. Implementar programas de extensi�n agr�cola que capaciten a los productores.
4. Promover educaci�n p�blica para mejorar la percepci�n social de estas tecnolog�as.

Si estas condiciones se cumplen, el pa�s podr�a posicionarse como un referente regional en el uso sostenible de biotecnolog�a para la agricultura de exportaci�n y de subsistencia.

4. Metodolog�a de la revisi�n

Para rehacer el art�culo con rigurosidad y referencias reales, se sigui� un plan metodol�gico tipo revisi�n narrativa con criterios expl�citos:

• Fuentes: Web of Science, Scopus, PubMed/PMC y Google Scholar.
• Palabras clave (ES/EN): biotecnolog�a vegetal, plant biotechnology, CRISPR/Cas9 plants, tissue culture, micropropagation, biofertilizers, biostimulants, nanofertilizers, nanotechnology agriculture.
• Periodo: 2014�2025 (se incluyen cl�sicos como Murashige & Skoog, 1962).
• Tipos de documentos: Revisiones, art�culos originales en revistas indexadas, gu�as y documentos t�cnicos de organismos internacionales (FAO). Se excluye literatura gris no revisada por pares.
• Criterios de inclusi�n: a) pertinencia directa con t�cnicas y aplicaciones en cultivos; b) evidencia experimental o de campo; c) claridad metodol�gica; d) alta citaci�n o pertenencia a revistas de impacto.
• Extracci�n y s�ntesis: se codificaron las evidencias por categor�as (CRISPR, cultivo de tejidos, bioinsumos, nanotecnolog�a) y por cultivo de inter�s (arroz, trigo, tomate, banano, cacao), enfocando impactos, l�mites y escalabilidad.

Nota: Donde exist�a controversia regulatoria o de seguridad, se privilegi� el consenso de revisiones de alto nivel y de organismos internacionales.

 

5. Aplicaciones por cultivo: evidencia y pertinencia para Ecuador

5.1. Arroz (base alimentaria y potencial de intensificaci�n)

• CRISPR/Cas9: se ha usado para editar genes de susceptibilidad y mejorar tolerancia a estr�s bi�tico (ej. tiz�n bacteriano) y abi�tico (sequ�a/salinidad). El aporte principal es precisi�n y reducci�n del tiempo de mejoramiento (Chen et al., 2019).
• Nanofertilizantes: reportan mayor eficiencia en uso de N y P y menor lixiviaci�n (Kah et al., 2019).
• Cultivo de tejidos: esencial para regeneraci�n r�pida y saneamiento.
• Relevancia para Ecuador: arroz de ciclo corto con estr�s h�drico intermitente puede beneficiarse de CRISPR orientado a water-use efficiency y de bioinsumos para estabilizar rendimientos.

5.2. Trigo (calidad y al�rgenos)

• Edici�n g�nica de gliadinas para reducir fracciones inmunog�nicas del gluten: S�nchez-Le�n et al. (2018, PNAS) demostraron reducci�n de gliadinas mediante CRISPR, abriendo la puerta a mejora de calidad y potencial impacto en salud p�blica sin transgenes ex�genos (S�nchez-Le�n et al., 2018).
• Implicaci�n general: valida que CRISPR puede apuntar a calidad nutricional/tecnol�gica adem�s de rendimiento.

5.3. Tomate (modelo hort�cola y valor de poscosecha)

• CRISPR aplicado a resistencia a enfermedades y caracter�sticas de poscosecha (textura, maduraci�n), mostrando r�pidos ciclos de validaci�n (Chen et al., 2019).
• Biostimulantes (extractos de algas, �cidos h�micos) mejoran vigor y tolerancia a estr�s (Calvo et al., 2014; du Jardin, 2015).
• Pertinencia local: horticultura periurbana puede incorporar biostimulantes para disminuir p�rdidas y mejorar estandarizaci�n de calidad.

5.4. Banano/Pl�tano (cadena estrat�gica para Ecuador)

• Hito CRISPR real: edici�n del eBSV (virus end�geno del estriado del banano) en pl�tano para evitar activaci�n viral, con plantas asintom�ticas tras edici�n (Tripathi et al., 2019, Communications Biology).
• Tissue culture: micropropagaci�n libre de pat�genos es est�ndar para exportaci�n.
• Bioinsumos: PGPR y micorrizas arbusculares han mostrado mejoras en absorci�n de nutrientes y resiliencia (Backer et al., 2018).

5.5. Cacao (calidad, sanidad y conservaci�n)

• Cultivo de tejidos: som�tica y organog�nesis como v�a para saneamiento y multiplicaci�n de genotipos �lite; transformaci�n mediada por Agrobacterium validada (Maximova et al., 2002, Plant Cell Reports).
• Biofertilizantes: PGPR y micorrizas para eficiencia nutricional y tolerancia a estr�s en suelos �cidos tropicales (Vessey, 2003; Backer et al., 2018).
• Pertinencia: cacao fino de aroma ecuatoriano se favorece de plantas sanas y uniformes, con bioinsumos que reduzcan agroqu�micos manteniendo calidad sensorial.

5.6. Leguminosas y cereales (plataforma de bioinsumos)

• PGPR (Rhizobium, Azotobacter, Bacillus) y micorrizas: mejoran fijaci�n biol�gica de N, solubilizaci�n de P y tolerancia a sequ�a/salinidad (Vessey, 2003; Singh et al., 2020).
• Biostimulantes: promueven arquitectura radicular, eficiencia h�drica y recuperaci�n post-estr�s (Calvo et al., 2014; du Jardin, 2015).

5.7. Nanotecnolog�a transversal

• Nanofertilizantes y nanosensores: incrementan eficiencia de uso de insumos, monitoreo en tiempo real y liberaci�n controlada, con agenda pendiente sobre ecotoxicolog�a y normas (Kah et al., 2019; Lowry et al., 2019; Wang et al., 2016).

6. Marco regulatorio y �tico

El marco regulatorio para biotecnolog�a vegetal var�a ampliamente entre regiones, afectando la velocidad de adopci�n e innovaci�n.

• En la Uni�n Europea, la edici�n gen�tica con CRISPR/Cas9 est� sujeta a las mismas restricciones que los transg�nicos (ECJ, 2018), lo que ha limitado la liberaci�n comercial de cultivos editados.
• En Estados Unidos y Argentina, se aplica un enfoque caso por caso: si la edici�n no introduce ADN for�neo, el cultivo no se clasifica como transg�nico, facilitando su registro y adopci�n (Whelan & Lema, 2015).
• En Ecuador, la Ley Org�nica de Agrobiodiversidad, Semillas y Fomento de la Agricultura Sostenible (2017) restringe la liberaci�n de cultivos gen�ticamente modificados, pero no regula expl�citamente la edici�n g�nica de nueva generaci�n, lo que genera un vac�o legal y una oportunidad para establecer normativa espec�fica.

Aspectos �ticos:

• Equilibrar innovaci�n con bioseguridad y biodiversidad.
• Garantizar acceso equitativo a tecnolog�as para peque�os y medianos productores, evitando concentraci�n del control en pocas corporaciones.
• Transparencia en comunicaci�n cient�fica para prevenir desinformaci�n.

 

7. Transferencia tecnol�gica y capacidades locales

El impacto de la biotecnolog�a vegetal depende no solo de la generaci�n de conocimiento, sino de su transferencia efectiva a la producci�n:

• Brechas actuales:
• Escasez de centros de propagaci�n certificados accesibles a productores peque�os.
• Limitada articulaci�n universidad�empresa�Estado.
• Falta de extensionistas capacitados en biotecnolog�a aplicada.
• Estrategias clave:
• Creaci�n de programas de extensi�n agr�cola especializados en biotecnolog�a.
• Incentivos fiscales y financiamiento para empresas que desarrollen bioinsumos y tecnolog�as locales.
• Fortalecer el rol del INIAP y universidades en escalamiento de tecnolog�as como micropropagaci�n, biofertilizantes y nanofertilizantes.

 

8. Hoja de ruta 2025�2030 para Ecuador

Objetivo general: Integrar tecnolog�as de biotecnolog�a vegetal en los sistemas productivos nacionales para aumentar productividad, sostenibilidad y competitividad.

Metas clave:

1. Regulaci�n (2025�2026)
• Definir marco legal diferenciado para cultivos editados con CRISPR vs. transg�nicos.
• Establecer protocolos de bioseguridad y trazabilidad para nanotecnolog�a agr�cola.
2. Investigaci�n y desarrollo (2025�2028)
• Financiar proyectos en cacao, banano y arroz orientados a resistencia a enfermedades y estr�s h�drico.
• Crear un banco nacional de germoplasma con acceso digital abierto.
3. Capacitaci�n y transferencia (2025�2029)
• Formar 500 t�cnicos agr�colas especializados en micropropagaci�n, bioinsumos y tecnolog�as de edici�n gen�tica.
• Implementar plataformas m�viles para asistencia t�cnica en zonas rurales.
4. Escalamiento productivo (2027�2030)
• Introducir biofertilizantes certificados en el 50% de las �reas de cacao y caf�.
• Establecer 3 centros regionales de propagaci�n vegetal para banano y orqu�deas.
5. Monitoreo y evaluaci�n
• Indicadores de adopci�n tecnol�gica, productividad, reducci�n de agroqu�micos y rentabilidad.

9. Conclusiones

La biotecnolog�a vegetal representa un conjunto de herramientas con capacidad de transformar profundamente los sistemas agr�colas, incrementando la productividad, mejorando la resiliencia frente a factores de estr�s y reduciendo la dependencia de insumos qu�micos. T�cnicas como CRISPR/Cas9, el cultivo de tejidos, los biofertilizantes y la nanotecnolog�a agr�cola ya han demostrado su potencial a nivel internacional y, en ciertos casos, en experiencias piloto en Ecuador.

No obstante, su impacto pleno en el pa�s depende de la articulaci�n entre investigaci�n cient�fica, pol�ticas p�blicas claras, inversi�n en infraestructura y capacitaci�n continua. La ausencia de un marco regulatorio espec�fico para la edici�n gen�tica y la nanotecnolog�a, as� como la percepci�n p�blica todav�a dividida, constituyen retos inmediatos a resolver.

La hoja de ruta propuesta para el periodo 2025�2030 establece acciones concretas en regulaci�n, I+D, transferencia tecnol�gica y escalamiento productivo, buscando posicionar a Ecuador como referente regional en agricultura biotecnol�gica sostenible.

Integrar estas tecnolog�as con un enfoque inclusivo y participativo permitir� no solo incrementar la competitividad agr�cola, sino tambi�n contribuir a la seguridad alimentaria, la conservaci�n de recursos y la generaci�n de oportunidades econ�micas para peque�os y medianos productores.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Referencias

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