Avances que sugieren la posibilidad de alargar la vida en ratones

Hace tiempo que es sabido que a medida que las células envejecen los telómeros, (extremos de los cromosomas) se van acortando, es una de las razones por la que la famosa Oveja Dolly, primera clonada, vivió muy poco. Es que el clon se hizo con células de tejido adulto, ya envejecidas. Sin entrar en detalles complejos sobre los telómeros, pareciera que una de sus funciones es evitar o proteger los extremos de los cromosomas y a medida que envejecemos se acortan provocando pérdidas de información genética que llevan a la apoptosis celular.

Fuente

Sin más preámbulos quería dejarles esta noticia que leí y me pareció muy interesante

Dada la relación entre telómeros y envejecimiento -los telómeros se acortan a lo largo de la vida, así que los organismos más viejos tienen telómeros más cortos-, los científicos se han lanzado a estudiar cómo afecta a los ratones el tener telómeros hiperlargos. Los resultados se publican en Nature Communications y muestran solo consecuencias positivas: los animales viven más con mejor salud, sin cáncer ni obesidad. Lo más relevante, para los autores, es que por primera vez se aumenta significativamente la longevidad sin ninguna modificación genética.

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Monografías de Alumnos: CRISP

Su aplicación en Mosquitos causantes de la Malaria

Palabras Clave: Malaria, Mosquito Transgénico, CRISPR-Cas9, Deriva Génica. 

Resumen: En el presente escrito se evalúan, dentro de un marco teórico, cómo se podrían modificar genéticamente los mosquitos portadores del agente causal de la malaria, un protozoario del género Plasmodium, utilizando el método de CRISPR-Cas9 sobre los insectos dentro del laboratorio, su posterior liberación en el medio ambiente, y su efectividad e impacto como posible vía para generar una deriva génica dentro de la población de mosquitos salvajes, considerando además los actuales métodos de control de la malaria, tanto los de origen genéticos como  los convencionales.

La malaria, también conocida como Paludismo, en el ser humano, es una enfermedad parasitaria causada por la infección de una o más de las especies del parásito protozoario intracelular Plasmodium ya sean Plasmodium falciparum, ovale, vivax y/o malariae (Heymann ,2011). Es una enfermedad mortal que es causada por dicho Plasmodium y transmitida por la picadura de mosquitos hembra del género Anopheles, los llamados vectores del paludismo.

Según la OMS: P. falciparum es el parásito causante del paludismo más prevalente en el continente africano. Es responsable de la mayoría de las muertes provocadas por el paludismo en todo el mundo. En cambio, P. vivax es el parásito causante del paludismo dominante en la mayoría de los países fuera del África subsahariana.

Se calcula que en 2016 hubo 216 millones de casos de paludismo en 91 países, las muertes fueron de 445 mil personas, lo que es una cifra demasiado alta ya que se trata de una enfermedad prevenible y tratable de manera relativamente fácil, sin embargo, muchas de las áreas afectadas son de recursos extremadamente precarios y bajo constante conflicto civil y militar, lo cual dificulta mucho no solo el alcance de ayuda exterior sino cualquier tipo de intervención interna.

La prevención de esta enfermedad se basa fuertemente en la lucha antivectorial para reducir la transmisión del paludismo. Según la organización mundial de la salud en 2018: “Para el control efectivo del vector, recomienda proteger a toda la población que se encuentra en riesgo de infectarse. Hay dos métodos de lucha contra los vectores que son eficaces en circunstancias muy diversas: los mosquiteros tratados con insecticidas y la fumigación de interiores con insecticidas de acción residual.”

Entre 2015-2017 se realizó la distribución de 624 millones MTI o mosquiteros tratados con insecticida, (principalmente de larga duración), un aumento sustancial con respecto a los 465 millones del 2012-2014. De todos estos, el 82% o 459 millones, fue entregado en la región de áfrica subsahariana. (OMS, 2018)

La malaria es endémica en más de 100 países, especialmente en América Central y del Sur, República Dominicana, Haití, África, Asia (India, Sureste asiático y Oriente Medio) y Pacífico Sur.

Palabras Clave: Malaria, Mosquito Transgénico, CRISPR-Cas9, Deriva Génica.

En el presente escrito se evalúan, dentro de un marco teórico, cómo se podrían modificar genéticamente los mosquitos portadores del agente causal de la malaria, un protozoario del género Plasmodium, utilizando el método de CRISPR-Cas9 sobre los insectos dentro del laboratorio, su posterior liberación en el medio ambiente, y su efectividad e impacto como posible vía para generar una deriva génica dentro de la población de mosquitos salvajes, considerando además los actuales métodos de control de la malaria, tanto los de origen genéticos como los convencionales.

 Figura 1. Distribución mundial de la malaria. Fuente: OMS, 2010

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En el 2017 los países endémicos de Malaria invirtieron 3,1 mil millones de dólares para el control y eliminación de la enfermedad, 2,2 mil millones se gastaron en la región de África seguida por 300 millones en el sudeste asiático, en las Américas 200 millones y el este  Mediterráneo y Pacífico Occidental 100 millones cada uno, a pesar de esta cantidad de inversión no se llega a alcanzar las metas de la ETM (Estrategia Técnica mundial contra la Malaria), esta tiene como objetivo una reducción del 40 por ciento de incidencia en casos de malaria a nivel mundial. Para alcanzar las metas de la ETM a 2030 se estima que la financiación anual para la malaria tendrá que aumentar en al menos 6,6 mil millones por año

hasta el 2020.

“El conocimiento del ciclo de vida de este parásito indica que el estadio más vulnerable del Plasmodium es el ooquiste encontrado en el intestino medio (de sólo cinco ooquistes por insecto), razón que lo convierte en el primer blanco de ataque empleando mosquitos

transgénicos que expresen moléculas efectoras antiespasmódicas”.(Noguez Moreno, et al 2017)

A lo largo de los años los avances en la ciencia y tecnología genética gracias a quienes la desempeñan, ya sean investigadores, científicos o genetistas nos ayudan a comprender y hasta poder solucionar mediante el uso de ingeniería genética problemas relacionados a la salud humana y animal.

Los métodos de biología molecular y de las ciencias genómicas generan conocimientos más precisos de la fusión y expresión genética, lo que es fundamental para el entendimiento de la fisiología molecular de insectos y en la generación de MTs (mosquitos transgénicos) para el control de insectos y las ETV (enfermedades transmitidas por vectores).(Noguez Moreno, et al., 2017)

Históricamente dentro de las estrategias utilizadas para el control de enfermedades vectoriales con respecto a la manipulación genética, nos podemos encontrar con una amplia variedad de enfoques y diferentes acercamientos a la problemática. Segun Noguez Moreno,  et al., 2017  estos pueden dividirse en un Control “Clásico” y el uso de Mosquitos Transgénicos o MTs; Así, el primero se enfoca en generar insectos estériles o bien con reproductibilidad reducida por medio de productos químicos o radiación sobre los huevos y luego que estos sean liberados al medio ambiente natural. Si bien este método fue el más utilizado después de la segunda guerra mundial por más de 4 décadas, debido al coste de mantenimiento del equipo, de la mano de obra y de la liberación de los insectos, prácticamente ha quedado en desuso.(Noguez Moreno et al., 2017)

Figura 2: Fuente: Noguez Moreno et al.,2017

El uso de MTs por otro lado cobra impulso con cada nuevo avance en el área de la genética; Pueden encontrarse así los Mosquitos Refractarios, es decir, que expresan una cualidad que los hace inmunes a la infección del agente en si, los Mosquitos Transmisores de Genes Letales de Uno o Dos Componentes, que básicamente consiste en introducir un gen que se comporta como letal (produce la muerte del portador) cuando se encuentra en heterocigosis, los Mosquitos con Fenotipo sin Vuelo, donde se les genera una modificación en su capacidad para volar y son eliminados naturalmente por depredadores o bien no pueden alimentarse ni volar, y por último, pero no menos importante la Deriva Génica o Genéticamente Dirigido (GD por Gene Drive en inglés), donde se fuerza la imposición de la presencia de un alelo sobre otro dentro de una población generando por ende la desaparición de este último.(Noguez Moreno, et al., 2017)

Naturalmente la deriva génica es una fuerza evolutiva que ocurre como un cambio en las frecuencias genéticas debido a un resultado de eventos aleatorios de una generación a la otra, puede ser muy efectiva y marcada en poblaciones pequeñas, además podría resultar en la fijación de un alelo, es decir, que este termine siendo el único presente en la población.

Figura 3. El concepto de genética dirigida (del inglés Gene Drive: GD) lo podemos ejemplificar en un caso hipotético de un transgen que bloquea la transmisión de la malaria (pero que no tiene valor selectivo en la población de insectos). Se podría impulsar el incremento en su frecuencia genética en la población, sustituyendo a los silvestres (sin color) a través de una construcción genética que incluya un gen que proporciona una ventaja selectiva (Gene Drive o GD) (en rojo). Genética dirigida es lo mismo que decir deriva génica.  Fuente: Noguez Moreno, et al., 2017

De manera artificial con el fin de modificar poblaciones; la deriva génica se puede usar  tanto como para que una nueva población de Mosquitos Refractarios reemplace a otra vieja o para la supresión gradual de una especie al generar deriva génica sexual. Los métodos más comunes son los Elementos Medea, (elementos alélicos “egoístas” que se imponen sobre su contraparte al generar la muerte de la cría que carece del elemento), el uso de las Bacterias del Género Wolbachia, (el cual se comporta también como elemento génico egoísta y de carácter simbiótico que puede transmitirse por vía materna) y la aplicación de CRISPR-Cas9, tanto sobre un gen como también sobre la frecuencia sexual dentro de una población.

Figura 4. Fuente: Noguez Moreno, et al., 2017.

La manipulación de la frecuencia de un gen con CRISPR-Cas9 consiste básicamente en introducir dentro de un gen esencial un segmento exógeno con la información que dotaría de inmunidad al individuo contra el agente, así cualquier intento de eliminar esta seccion por parte del sistema natural de reparación del ADN resultaría en la muerte del individuo en lugar de generar una especie de “resistencia”, y si a esto se le suman más segmentos exógenos el proceso de resistencia se vuelve indetectable poblacionalmente.

La manipulación de la frecuencia de un sexo usando CRISPR-Cas9 es una de las estrategias más nuevas, recién introducida en 2016, y consiste en que Cas9 ataque un gen alosómico que reside en uno de los cromosomas sexuales con una incidencia en el nacimiento de machos de casi un 90%, y debido a que estos no son hematofagos, cualquier transmisión de vía salivaria quedaria incapacitada,  además esto facilita la deriva génica ya que solo los machos la producen y no las hembras.

Figura 5.Genética dirigida (GD) utilizando el sistema CAS9-ARN guía. Las ventajas incrementan introduciendo varias unidades de ARN guía, lo que aumenta la frecuencia de corte y dificulta la evolución de alelos resistentes a GD a niveles indetectables. Al elegir sitios diana dentro de un gen esencial, debe ser modificados para hacer un alelo resistente e incluirlo en la construcción para unirlos a la construcción genética que lleva el sistema CAS9-ARN guía, y tanto al gen marcador, como al gen refractario (por ejemplo). Cualquier acontecimiento que elimine los sitios blanco del sistema CAS9-ARN, producirán letalidad en lugar de crear una unidad de alelo resistente, lo que aumenta aún más la robustez de la construcción genética GD y favoreciendo la sustitución poblacional de insectos. Fuente: Noguez Moreno, et al., 2017

La tecnología CRISPR/Cas9 es una herramienta molecular utilizada para “editar” o “corregir” el genoma de cualquier célula. Sería algo así como unas tijeras moleculares que son capaces de cortar cualquier molécula de ADN haciéndolo de una manera muy precisa y controlada. La capacidad de cortar el ADN es lo que permite modificar su secuencia, eliminando o insertando nuevo ADN, se basa en un sistema natural de defensa bacteriano contra los virus bacteriofagos. Estos virus infectan bacterias al inyectarle su material genético, luego este se aprovecha de la maquinaria interna para fabricar otras réplicas de sí mismo, generalmente mata a la bacteria en el proceso. Si la bacteria sobrevive puede utilizar fragmentos del ADN vírico para incluirlo dentro de su propio material genético y así contar con una “copia de seguridad” que permite identificar rápidamente una posterior invasión de ese mismo material. (Ann Ran, et al., 2013)

Figura 6. Ilustración de cómo ingresa originalmente el material genico viral dentro de la bacteria, y los pasos subsecuentes para registrarlo y utilizarlo como propio dentro del sistema defensivo CRISPR. Fuente:Gantz, 2015.

El ADN tomado del virus son segmentos de bases repetidas múltiples veces y a su vez estos fragmentos también se repiten dentro del propio ADN, no suelen ser muy largos y están condensados, por esto se llaman repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas o Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats o CRISPR en inglés. (Ann Ran et al, 2013)

“Cuando un virus entra dentro de la bacteria toma el control de la maquinaria celular y para eso interacciona con distintos componentes celulares. Las bacterias que tienen este sistema de defensa tienen un complejo formado por una proteína Cas unida al ARN producido a partir de las secuencias CRISPR. Entonces el material génico del virus puede interaccionar con este complejo, al ocurrir esto el material genético viral es inactivado y posteriormente degradado. Pero este sistema va más allá. Las proteínas Cas son capaces de coger una pequeña parte del ADN viral, modificarlo e integrarlo dentro del conjunto de secuencias CRISPR. De esa forma, si esa bacteria o su descendencia se encuentra con ese mismo virus, ahora inactivará de forma mucho más eficiente al material genético viral. Es, por lo tanto, un verdadero sistema inmune de bacterias”. (ver Figura 6) (Moran, 2015)

Esto puede aplicarse al ADN de eucariotas, con un CRISPR-Cas9 sintético y en un laboratorio, conociendo la secuencia que se desea cambiar, se puede generar un ARN complementario a dicha secuencia y agregarla al CRISPR-Cas9, el cual termina cortando esta sección. Luego pueden ocurrir dos posibles resultados derivados de las dos grandes vías existentes para la reparación del ADN, y estos son la vía de unión de extremos no homólogos, cuya sigla en inglés es NHEJ, que presenta tendencia a errores y la vía de reparación dirigida por homología cuya sigla en inglés es HDR y es la que presenta una mayor fidelidad, así que puede optarse por una u otra dependiendo del resultado que se busque con respecto a la modificación de ese gen.

Figura 7. La edición de genomas a través de ARN guía-CAS9. La nucleasa Cas9 y la guía de ARN, debe ser primero introducida en la célula diana. Esto se logra mediante introducción por ingeniería genética. El ARN guía dirige a Cas9 para unir secuencias de ADN diana. En el blanco se forma una burbuja que debe estar flanqueada por un adecuado motivo adyacente (PAM;Motivo adyacente de protoespaciador), con secuencia NGG, que refiere a que N es cualquier nucleobase seguida de dos nucleobases de Guanina. Sí el ARN guía es idéntica con solo unos desajustes en el extremo 5 ́del espacio de hibridación, Cas9 cortará las dos cadenas del ADN generando extremos romos. Si se suministra con una plantilla de reparación que contiene los cambios deseados y homología a las secuencias a ambos lados de la ruptura, la célula puede utilizar la recombinación homóloga para reparar la ruptura mediante la incorporación de la plantilla de la reparación en el cromosoma. De lo contrario, la ruptura será reparada uniendo los extremos, lo que resulta en la pérdida de algunos nucleótidos y la interrupción del gen. Fuente: Noguez Moreno, et al.,2017

 

La activación de la vía NHEJ ocurre cuando no hay presencia de un molde reparador, así las DSB (Double Strand DNA Break) son unidas dejando “cicatrices” en forma de deleciones o adiciones, es decir, mutaciones. De esta manera se usa la vía NHEJ para producir “knockout” génico sobre secciones indeseables del ADN, al exponer codones de stop de manera prematura.

La activación de la vía HDR, si bien es mucho más precisa, ocurre a frecuencias mucho más variables que NHEJ, y suele activarse naturalmente en células que se están dividiendo, además su eficiencia puede variar dependiendo del tipo de célula y su estado de división, así como del lugar y amplitud del segmento modificado de ADN. La vía HDR produce modificaciones muy puntuales y definidas sobre un locus frente a un molde reparador introducido exógenamente, el cual puede ser la clásica doble hebra de ADN complementario y antiparalelo o una sola hebra de ADN, este último método puede ser útil para introducir mutaciones de segmentos extremadamente pequeños (tan chicos como un solo nucleótido) dentro del genoma, de manera simple y rápida.(Ann Ran, et al., 2013)

Quizás la propiedad más importante es que CRISPR-Cas9 puede no solo cortar, sino que (por medio de modificaciones artificiales dentro del laboratorio) introducir una nueva secuencia de ADN y por lo tanto, nuevos genes dentro de la cadena, permitiendo un gran abanico de alteraciones sobre prácticamente cualquier organismo. En este caso se planteará el uso teórico de CRISPR-Cas9 tipo 2, el cual utiliza crARN (CRISPR ARN asociado), que actúa como guía codificante para ARN, y otro segmento de crARN de trans-activación o trancrARN, el cual facilita el proceso. Cada uno de estos crARN está compuesto de una secuencia de 20 nucleótidos guia.(Ann Ran, et al, 2013).

Un estudio realizado por Gantz, et al., en 2015 estudia o analiza  la modificación de Anopheles stephensi por medio de CRISPR-Cas9 y la producción de MTs, al alterar genéticamente uno de los cromosomas de los machos, luego copiaron el segmento de 17.000 pares de bases al cromosoma homólogo utilizando la vía de reparación HDR de una manera exacta y en un sitio específico del ADN, de esta manera y junto a la deriva génica producida en la naturaleza, se logró una incidencia del 99,5% aproximadamente de la frecuencia del gen sobre la descendencia de la cruza entre los machos transgénicos y las hembras salvajes. En contraste con esto, se encontró que la modificación sólo en las hembras no conlleva al mismo éxito, debido a que los cromosomas no son reparados por la vía HDR, más exacta, sino por NHEJ; Así es como se producen muchas mutaciones en el proceso y por lo tanto, se termina dando una herencia de tipo pseudo mendeliana de los genes modificados, y no tiene el mismo éxito, de esta manera se estima que se podría lograr la erradicación de la enfermedad en unas 10 generaciones de mosquitos, es decir, en un periodo de aproximadamente 1 año. Este modelo que es completamente teórico está basado en el uso exclusivo de mosquitos machos transgénicos liberados al medio ambiente ya que ellos son quienes tienen la posibilidad de generar una deriva génica, aunque hay un cierto aporte por parte de la descendencia de las subsecuentes hembras modificadas hijas de los machos liberados.

Conclusiones y Comentarios Finales:

CRISPR-Cas9 es una poderosísima herramienta para poder moldear al mundo y los animales que lo habitan, pero tiene como limitación que es demasiado nueva y no ha sido testeada en el campo lo suficiente, de esta manera no termina habiendo una respuesta definitiva de si será o no la salvación a todas las ETV y otras enfermedades relacionadas, aun así el futuro necesitará cada vez más nuevas y mejores estrategias para combatirlas, y más si se considera que el presupuesto de la OMS con la ETM debe duplicarse de 3 mil millones actuales a 6 mil millones en menos de un año si se quiere seguir con el plan estimado, es decir, reducir el paludismo en un 40% para el 2030.  Tal vez la deriva génica dada por los mosquitos transgénicos no sea la respuesta, pero todavía es demasiado pronto para decirlo, ya que si bien es fácil quitar una proteína o lípido que es aprovechado por un virus o un parásito, esto es biología, pero nada cumple solo una función ni es simplemente tan fácil, debido a que esa proteína podría cumplir muchas otras funciones importantes en otro lado, así que habrá que considerar los pros y contras, ¿cuáles podrían ser las futuras repercusiones ambientales?, ¿es factible económicamente hablando?, y tal vez más importante, ¿cuánto pesan estos argumentos frente al medio millón de personas que mueren al año?.

Bibliografía

Acceso. (2019). Retrieved from https://www.who.int/es

Ann Ran, F., & Scott, D. (2013). Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system [Ebook].

Gantz, V. (2015). Highly efficient Cas9-mediated gene drive for population modification of the malaria vector mosquito Anopheles stephensi [Ebook]. California.

Heymann, D. (2013). El control de las enfermedades transmisibles [Ebook] (19th ed., pp. 485-508). Washington DC.

Moran, A. (2015). ¿Qué es la tecnología CRISPR/Cas9 y cómo nos cambiará la vida? [Ebook].

Noguez Moreno, R. (2017). Nuevas estrategias de control vectorial:mosquitos transgénicos[Ebook]. México.

Genotipos y susceptibilidad al scrapie (tembladera) en ovejas. Ejercitación resuelta

El scrapie es una enfermedad neurodegenerativa, causada por un prión que afecta a ovejas y ocasionalmente a cabras. En los ovinos, el genotipo del animal influye completamente en la incidencia de la enfermedad. Las ovejas genéticamente susceptibles resultan infectadas pero no desarrollan la enfermedad durante varios años. Los priones son proteínas infecciosas que aparentemente se reproducen al convertir una proteína celular normal en copias del prión. La proteína celular, llamada PrPc, se encuentra en la superficie de las neuronas.

En los ovinos, la transmisión y el desarrollo de la enfermedad clínica dependen del genotipo del hospedador. La susceptibilidad o la resistencia a la forma clásica de scrapie están relacionadas con los polimorfismos en el gen PrP en los codones 136, 154 y 171. Estos tres codones se encuentran en una parte de la proteína que puede sufrir cambios estructurales durante la conversión de PrPc a PrPSc, la forma aberrante e infectiva. En el codón 136, la alanina (A) está vinculada con la resistencia al scrapie y la valina (V) está asociada con la susceptibilidad. En el codón 154, la histidina (H) está vinculada con la resistencia y la arginina (R) está asociada con la susceptibilidad. En el codón 171, la arginina (R) está vinculada con la resistencia, mientras que la glutamina (Q) y histidina (H) están asociadas con la susceptibilidad. Aunque otras combinaciones son posibles desde un punto de vista teórico, sólo cinco alelos PrP son frecuentes en ovejas: A136R154R171 (abreviado ARR), ARQ, AHQ, ARH y VRQ.

En base al texto anterior, conteste las siguientes preguntas

  1. Diseñe una técnica que permite identificar los alelos presentes en su rebaño.
  2. Qué genotipos de ovejas seleccionaría en su rebaño para tener una mayor seguridad de que son resistentes o tienen baja susceptibilidad de desarrollar scrapie? Cuáles serían los fenotipos intermedios y los más susceptibles a scrapie.
  3. Si sospecha que en su establecimiento hay portadores de los alelos susceptibles, cómo procedería para identificarlos? ¿Qué decisión tomaría respecto de los mismos?

Fuente:

  • The Center for Food Security and Public Health. Iowa State University (2007). Scrapie. Enfermedad del temblequeo o mordisqueo.

ACTIVIDAD RESUELTA

 1. Diseñe una técnica que permite identificar los alelos presentes en su rebaño.

Para la identificación de alelos, nos podemos valer de la técnica denominada RFLP (del inglés Restriction Fragment Length Polymorphism) o polimorfismos en la longitud de los fragmentos de restricción. El primer paso consiste en diseñar primers que apareen a regiones conservadas del gen que codifica para la proteína PrP, y luego analizar la secuencia, para determinar que enzimas de restricción me permitirían discriminar por medio de distintos puntos de corte en las variantes alélicas de los codones 136, 154 y 171 que puedan visualizarse en un gel de agarosa.

2. ¿Qué genotipos de ovejas seleccionaría en su rebaño para tener una mayor seguridad de que son resistentes o tienen baja susceptibilidad de desarrollar scrapie? ¿Cuáles serían los fenotipos intermedios y los más susceptibles a scrapie.

La susceptibilidad o la resistencia a la forma clásica de scrapie están relacionadas con los polimorfismos en el gen PrP en los codones 136, 154 y 171. En el codón 136, la alanina (A) está vinculada con la resistencia al scrapie y la valina (V) está asociada con la susceptibilidad. En el codón 154, la histidina (H) está vinculada con la resistencia y la arginina (R) está asociada con la susceptibilidad. En el codón 171, la arginina (R) está vinculada con la resistencia, mientras que la glutamina (Q) y histidina (H) están asociadas con la susceptibilidad.

Para facilitar el análisis del nivel de susceptibilidad o resistencia del alelo es más simple organizar una tabla con los diferentes cambios en los codones 136, 154 y 171  que da lugar a la sustitución con distintos aminoácidos:

Tabla codones scrapie

A simple vista, el alelo que tenga en los codones 136, 154 y 171 los aminoácidos A, H y R, respectivamente, sería el que  conferiría un mayor nivel de resistencia. Mientras que por el contrario, el más susceptible sería el que tenga en esas mismas posiciones, los aminoácidos V, R y Q/H.

Si bien lo anterior es un modelo teórico, en el cual todas las combinaciones serían posibles, sólo cinco alelos PrP son frecuentes en ovejas: A136R154R171 (abreviado ARR), ARQ, AHQ, ARH y VRQ.

Por lo que en mi rebaño seleccionaría las ovejas que posean los alelos: ARR, AHQ y/o ARH, los cuales combinan para dos de las tres posiciones en los codones, 2 aminoácidos que otorgan mayor resistencia.

En cambio, un fenotipo intermedio sería el que posea el alelo  ARQ, y el más susceptible al scrapie, el alelo VRQ ó VRH.

3. ¿Si sospecha que en su establecimiento hay portadores de los alelos susceptibles, cómo procedería para identificarlos? ¿Qué decisión tomaría respecto de los mismos?

La identificación se puede realizar mediante la toma de muestra para hacer una extracción de ADN, y genotipificar mediante RFLP (tal como se explicó en el punto 1).

Aquellos animales con susceptibilidad aumentada, deben mantenerse apartados del resto del rebaño, y realizarles un seguimiento para evaluar sintomatologías típicas de scrapie. Evitar usar hembras de reemplazo con este genotipo para evitar la prolifereación en el rebaño de alelos susceptibles. Asimismo, el macho a usar debería tener al menos uno de los genotipos de mayor resistencia.

El riesgo de ingreso de scrapie puede reducirse si se mantiene un rebaño cerrado o si se limita al mínimo la compra de animales fuera del territorio. Si deben incorporarse animales de reemplazo, éstos deben proceder exclusivamente de rebaños que dieron negativo para esta enfermedad. El empleo de genotipos resistentes al scrapie también disminuye el riesgo de contagio de la forma clásica de scrapie, aunque pueden ocurrir formas atípicas en estos animales, incluso en aquellos con genotipos ARR/ARR sumamente resistentes.

Detectives moleculares de alimentos. Ejercitación resuelta

Introducción: Las aplicaciones de la técnica de PCR en el control de alimentos son numerosas. Se pueden utilizar para identificar especies cárnicas y especies de pescado de interés alimenticio, detectar la presencia de agentes patógenos en los alimentos (Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Escherichia coli O157:H7) o detectar la presencia o ausencia de organismos genéticamente modificados (OGMs) en los alimentos.

En la siguiente figura se muestra el resultado obtenido al amplificar por PCR un gen universal presente en todas las especies animales. En este ensayo, cada especie genera una banda de amplificación de un tamaño determinado.

En la Figura 1 puede observar que las calles control (1 a 6) correspondientes a cabra, pollo, vaca, oveja, cerdo y caballo pueden compararse con las muestras problema (calles 7 a 12). Las calles 7 a 12 corresponden a distintos alimentos, en los cuales se quiere determinar qué tipo de carne poseen.

gel agarosa

Teniendo en cuenta el tamaño relativo de los genes amplificados en las muestras control, ¿podría decir qué producto animal poseen los alimentos A (calles 7 y 8), B (calles 9 y 10) y C (calles 11 y 12)?

ACTIVIDAD RESUELTA

Respuestas:  Al comparar los tamaños alélicos, se puede concluir que:

  • La muestra A (calles 7 y 8) contiene pollo,
  • La muestra B (calles 9 y 10) contiene en su composición carne de pollo, vaca y cerdo.
  • La muestra C (calles 11 y 12), al igual que la muestra A, contiene sólo carne de pollo.

Análisis de marcadores moleculares microsatélites. Ejercitación resuelta

Se propone observar el esquema de la Figura 1 y responder las preguntas.

  1. ¿Qué característica tiene el marcador molecular, que hace que sea considerado un VNTR?
  2. ¿Qué técnica permite amplificar la región VNTR?
  3. ¿Qué significan los segmentos lineares rojos y las flechas contiguas a la región VNTR?
  4. ¿Qué técnica permite discriminar o diferenciar los fragmentos amplificados que poseen distinto tamaño? ¿A qué se deben las diferencias en los tamaños de dichos fragmentos de ADN?
  5. En el esquema del gel, ¿cuántas muestras de ADN de diferentes individuos se han incluido en el análisis?
  6. ¿cuántos alelos hay en este conjunto de 5 individuos? ¿Cuál es el de mayor tamaño? ¿Y el de menor?
  7. ¿Cuál es el número máximo de alelos que puede tener un individuo diploide? Describir qué individuos son homocigotas o heterocigotas y qué alelos poseen.
esquema VNTR
Esquema de un VNTR o microsatélite. Fuente: Porque biotecnología

ACTIVIDAD RESUELTA

  1. Las lineas rojas adyacentes a la región del microsatélite, representa a la cadena de ADN que lo rodea. Esta secuencia de ADN debe conocerse para poder diseñar los primers (segmentos de ADN de simple cadena, señalados con flechas rojas en el esquema) complementarios a dicha secuencia. Los primers a derecha e izquierda del microsatélite determinarán los extremos de la región del ADN del que se obtendrán millones de copias luego de realizar la PCR.



  2. La diferencia en tamaño de los fragmentos de ADN está dada por el diferente número de repeticiones de las secuencias en tandem. A cada fragmento de diferente tamaño se lo llama alelo. Por ejemplo, en el esquema se muestra un alelo de 10 repeticiones. Se debe tener en cuenta que en individuos dipolides (2n), en cada locus, se encuentran 2 regiones microsatélites (una en cada cromosoma homólogo). Si el individuo posee dos microsatélites del mismo tamaño, se lo considera homocigota para ese locus, si en cambio las regiones microsatélites en los dos cromosomas homólogos son diferentes, el individuo es heterocigoto para ese locus. Una manera de separar los fragmentos (alelos) de diferente tamaño, es por medio de electroforesis en geles (de agarosa o acrilamida). El ADN, que tiene carga neta negativa, migrará hacia el polo positivo del campo eléctrico creado a través del gel. Debido a la porosidad de dichos geles, las moléculas más grandes (alelos con mayor número de repeticiones) quedarán retrazadas en el gel y correrán menos (más cerca del polo negativo), mientras que las más pequeñas se desplazarán más.


  3. Se incluyeron ADNs de 5 individuos, en los cuales se realizó previamente la PCR, para amplificar la región microsatélite.

  4. Hay 3 alelos de diferentes tamaños (indicados como alelos A, B y C). El alelo de mayor tamaño es el A (corre menos en el gel), mientras que el de menor tamaño es el C.

  5. Un individuo diploide posee 2 alelos. Si los dos alelos son del mismo tamaño (se ven como una única banda en el gel) se dice que es homocigota, mientras que si los dos alelos son diferentes, es heterocigota para ese locus.

  6. Individuo 1: homocigota, posee 2 alelos iguales (B); indiv. 2: heterocigota con los alelos B y C; indiv. 3: homocigota, con el alelo A; indiv. 4: homocigota para el alelo C; indiv. 5: heterocigota, con los alelos A y B.

  7. Un individuo diploide posee 2 alelos. Si los dos alelos son del mismo tamaño (se ven como una única banda en el gel) se dice que es homocigota, mientras que si los dos alelos son diferentes, es heterocigota para ese locus. Individuo 1: homocigota, posee 2 alelos iguales (B); Individuo 2: heterocigota con los alelos B y C; Individuo 3: homocigota, con el alelo A; Individuo 4: homocigota para el alelo C; Individuo 5: heterocigota, con los alelos A y B.

Genes de terneza. Ejercitacion resuelta

Introducción: La calidad de la carne constituye un importante factor de interés económico y es la terneza, el atributo más apreciado por los consumidores de todo el mundo. Sin embargo, es una característica de compleja medición en el momento de la faena.

Hoy la Argentina está a la vanguardia, junto con Australia y Estados Unidos, en los análisis que determinan la capacidad genética de los rodeos para producir carne tierna.

Trabajos científicos de los últimos años han demostrado que el “tiernizado” “post mortem” de las carnes se debe a la existencia de dos enzimas, Calpaína y Calpastatina que actuando en forma coordinada degradan las fibras musculares quitándoles el “rigor mortis” luego de la faena. La Calpaína es la enzima principal de estos procesos de maduración y las variantes más activas de la enzima confieren mayor terneza a la carne. La Calpastatina codifica para una fosforilaza, enzima inhibidora de la calpaína, según el estado alélico en que se encuentre. En forma inversa a la anterior, en este caso las variantes menos activas de esta enzima confieren mayor terneza.

Para cada marcador se ha encontrado una variante más favorable a la terneza (+) y una menos favorable (-). Al tener los bovinos dos alelos de cada gen, uno proveniente del padre y otro de la madre, para un animal hay entonces tres genotipos posibles para cada marcador.

En la actualidad el componente genético de la terneza se explica con la presencia de 4 mutaciones, 2 en el gen de Calpastatina (Calpastatina 2959 y Calpastatina UoG) y 2 en el gen de Calpaína (Calpaína 316 y Calpaína 4751). Por ejemplo, para el gen de la calpaína, la mutación en la posición 316 corresponde al cambio de una base en el ADN (citosina por guanina), que produce un cambio en la estructura de la proteína al reemplazar el aminoácido alanina (GCC) por glicina (GGC).

Dado que estos genes se heredan en forma mendeliana, es importante incluir en la ficha de cada animal tanto machos como hembras su genotipo para Calpaína y Calpastatina y su Índice de Terneza combinado. La información de los genes de terneza (genotipo) se incorpora en Resumen de Padres ANGUS (Catálogos).

Es importante remarcar, que estos marcadores son mas relevantes en la comercialización de carne fresca, es decir aquella que se comercializa cerca de la faena. En nuestro país, 80 %  de la faena tiene como destino el Mercado Interno, dentro de esta modalidad.

Analizando lo anteriormente expuesto, contestar:

  1. ¿Cuáles son las características que se desean mejorar en el ganado vacuno destinado a consumo?
  2. ¿Por qué es posible mejorar esta característica en el ganado?
  3. ¿Cuál es el método tradicional para medir terneza? ¿qué aportan los marcadores moleculares en ésta área?
  4. ¿Cuáles son los marcadores moleculares ligados a la cualidad de terneza de la carne? ¿Qué rol juegan estas enzimas en el proceso de tiernización de la carne?
  5. ¿Qué beneficio trae el conocimiento de estos genes al mejoramiento de esta raza vacuna?
  6. ¿Cuál es el número de alelos favorables [+] considerando que son 4 los marcadores moleculares disponibles para los genes de terneza?
  7. Dado que la capacidad de predecir terneza de los cuatro marcadores es aditiva, a mayor cantidad de las variantes más favorables, mayor probabilidad de obtener individuos con carne tierna. Indique una metodología que pueda emplearse en la detección del número de alelos favorables para la selección de reproductores por terneza.

Bibliografía: Adaptado de:

Guitou, Horacio (2010). Marcadores Moleculares de Terneza: CALPAÍNA Y CALPASTATINA. Una nueva herramienta para el mejoramiento genético de los rodeos bovinos de carne. Revista AnGus 249. Pág. 73-77.

ACTIVIDAD RESUELTA

¿Cuáles son las características que se desean mejorar en el ganado vacuno destinado a consumo?

Para poder contestar esta pregunta, se sugiere buscar información bibliográfica. Ejemplo, del Instituto de Promoción de la Carne Vacuna Argentina (IPCVA).

Los productores desean seleccionar a los mejores animales para lograr una mayor área de ojo de bife, menor cantidad de grasa dorsal o menor porcentaje de grasa intramuscular. A estas características de interés para los consumidores, se sumó la terneza de la carne. La terneza de la carne se define, como la dificultad o la facilidad con la que una carne se puede cortar o masticar.

¿Por qué es posible mejorar esta característica en el ganado?

El mejoramiento es posible porque esta característica se encuentra gobernada por ciertos genes, con lo cual la terneza es un carácter heredable, sensible al mejoramiento.

Además, estos genes se heredan en forma mendeliana, y la descripción del genotipo para estos genes de terneza ya se está incluyendo en el Resumen de Padres ANGUS (Catálogos).

¿Cuál es el método tradicional para medir terneza? ¿qué aportan los marcadores moleculares en ésta área?

El método de “Warner-Bratzler” es el tradicional para medir la terneza de la carne y consiste en cortar la carne con una guillotina al momento de la faena y medir la fuerza de corte en kilogramos. Debido a que este método es poco práctico en estudios genéticos en donde se deben medir los caracteres en los progenitores y la progenie, la utilización de los marcadores moleculares permite ganar en tiempo y en costo y evita la faena de ejemplares.

¿Cuáles son los marcadores moleculares ligados a la cualidad de terneza de la carne? ¿Qué rol juegan estas enzimas en el proceso de tiernización de la carne?

Los marcadores moleculares son las distintas variantes alélicas de los genes que codifican para las enzimas Calpaína y Calpastatina. Las diferencias en los alelos se deben a mutaciones puntuales (SNPs o Single Nucleotide Polymorfhism).

Trabajos científicos de los últimos años han demostrado que el “tiernizado” “post mortem” de las carnes se debe a la existencia de dos enzimas, Calpaína y Calpastatina que actuando en forma coordinada degradan las fibras musculares quitándoles el “rigor mortis” luego de la faena. La Calpaína es la enzima principal de estos procesos de maduración y las variantes más activas de la enzima confieren mayor terneza a la carne. La Calpastatina codifica para una fosforilaza, enzima inhibidora de la calpaína, según el estado alélico en que se encuentre. En forma inversa a la anterior, en este caso las variantes menos activas de esta enzima confieren mayor terneza.

¿Qué beneficio trae el conocimiento de estos genes al mejoramiento las raza vacunas?

La identificación en las diferentes razas bovinas de mutaciones puntuales (SNPs o Single Nucleotide Polymorfhism) asociadas a variantes genéticas de mayor o menor terneza en los genes de CALPAÍNA y CALPASTATINA, ha sido el puntapié inicial para el mejoramiento genético de los rodeos en lo que respecta a la terneza de su carne. Los animales que poseen las variantes más favorables de cada gen tienen más probabilidades de generar carne tierna que los que poseen las variantes menos favorables.

¿Cuál es el número de alelos favorables [+] considerando que son 4 los marcadores moleculares disponibles para los genes de terneza?

El componente genético de la terneza se explica con la presencia de 4 mutaciones, 2 en el gen de Calpastatina (Calpastatina 2959 y Calpastatina UoG) y 2 en el gen de Calpaína (Calpaína 316 y Calpaína 4751).

Un individuo como máximo puede presentar las 8 variantes favorables (individuo diploide).

Entre los individuos con los genotipos más y menos favorables (8 genes favorables vs 0 genes favorables), existe una diferencia en la terneza de más de 1,4 Kg (30%) medida con el método de Resistencia al Corte de Warner – Bratzler a los 14 días post faena. Las VARIANTES MÁS FAVORABLES de un gen o marcador se designan [+] y las MENOS FAVORABLES [-], los bovinos poseen una copia de cada gen provenientes del padre y otra de la madre, el genotipo óptimo de cada gen o marcador es [++], el genotipo intermedio es [+ -] y el genotipo menos favorable es [- -]. Un GENOTIPO [++] significa que el animal que lo posee es homocigota para la variante de mayor terneza para los dos genes y por lo tanto es un individuo con un 100% de capacidad para transmitir dichas características genéticas a su descendencia.

Dado que la capacidad de predecir terneza de los cuatro marcadores es aditiva, a mayor cantidad de las variantes más favorables, mayor probabilidad de obtener individuos con carne tierna. Indique una metodología que pueda emplearse en la detección del número de alelos favorables para la selección de reproductores por terneza.

Para la detección e identificación de las variantes alélicas de los genes que codifican para calpaína y calpastatina, respectivamente, se puede diseñar una metodología que abarque la amplificación por PCR de ambos genes, y una digestión con enzimas de restricción que permita discriminar que variante alélica está presente, siempre y cuando las mutaciones coincidan con sitios de reconocimiento de enzimas de restricción conocidas, creando un sitio nuevo, y/o eliminando otro existente. Por ejemplo, para el gen de la calpaína, la mutación en la posición 316 corresponde al cambio de una base en el ADN (citosina por guanina), que produce un cambio en la estructura de la proteína al reemplazar el aminoácido alanina (GCC) por glicina (GGC).  Alternativamente, se puede mandar a secuenciar el fragmento amplificado.

Enfermedades raras y epigenética

La epigenética desde hace uno años, ha sido objeto de profunda investigación. Son cambios en la regulación de la expresión de los genes, que se dan por modificaciones químicas del ADN (por ejemplo : metilaciones). Algunas enfermedades raras son de las estudiadas. Les dejo un video del Prof. Manel Esteller. Director del Programa de Epigenética y Biología del Cáncer del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL)

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Fuente: Una de cada cuatro enfermedades minoritarias presenta alteraciones de un gen epigenético.

Para saber más y leer sobre este tema: la entrevista completa aquí