Monografías de alumnos

ESTIMACIÓN DEL VALOR DE CRÍA

Amatta, R. Duque, J. Izaguirre, R. Quevedo, G



Imagen por Giovanna Quevedo

Introducción

En esta monografía se describen y explican los conceptos de valor de cría (VC) y su estimación a través de parámetros poblacionales y análisis estadísticos. El valor de cría se estima con el fin de establecer un ranking de eficiencia productiva de los animales de un rodeo, con el objetivo de mejorar una característica genética eligiendo a los mejores reproductores para la siguiente generación y lograr una mejora genética a lo largo de las generaciones de una población de animales. El valor de cría también va a definir cuanto progresa genéticamente esa población de una generación a otra, midiendo el progreso de la siguiente generación con respecto a la primera, es decir, a través de la diferencia entre la media del grupo seleccionado y la media original  multiplicado por la heredabilidad de la característica

Monografías de alumnos: ESTIMACIÓN DEL VALOR DE CRÍA

El fenotipo (P) de un individuo está determinado por su componente genético (G) y la influencia del ambiente (E) en el que se encuentra, tal que:

P = G + E

A su vez, el componente genético está dado por las variaciones genéticas aditivas (Ga), las de interacciones entre alelos (Gi) y por epístasis (Ge). La influencia del ambiente se puede dividir en ambiente temporal (Et) que son factores de poco alcance en el tiempo (de unos pocos meses) y ambiente permanente (cuando influencian a lo largo de muchos años o por el resto de la vida del animal). Entonces:

P= Ga +Gi + Ge + Et + Ep

Se sabe que la calidad y la cantidad de la producción de un animal está determinada por su expresión fenotípica donde esta se ve influenciada por el genotipo como determinante  de lo que va a ser ese individuo y efectos ambientales, que actúan como condicionantes.

Desarrollo

La mayoría de las características que interesan para la elaboración de productos derivados de animales y de su mejoramiento son de tipo cuantitativas, ya que su variación ocurre dentro de un espectro de medidas continuas  y no con valores concretos. Además estas características cuantitativas trabajan con poblaciones y no con cada individuo en particular, debido a que en cada uno de ellos se da solamente la interacción entre los alelos de un mismo locus (codominancia, dominancia sobredominancia) y la epístasis. En cambio, la fracción genética aditiva de un individuo está dada por su combinación de alelos de características cuantitativas y la suma de todos los genes que intervienen en ella. Si pasaran la mitad a su progenie, la suma de las características cuantitativas de la progenie estará determinada por la del individuo analizado y la de la madre o el padre que se elijan. 
            La expresión de las características cuantitativas está determinada por la influencia positiva o negativa de cientos de genes (carácter poligénico) y no de unos pocos, para ellos puede existir un espectro de fenotipos que cambian de un carácter a otro imperceptiblemente y pueden ser medidos en los individuos. Por ejemplo: peso al destete, producción láctea, peso de vellón, conversión alimenticia, espesor de grasa dorsal, número de individuos nacidos vivos por camada, etc. (4).

Las características cuantitativas tienden a presentar una distribución normal que aparece gráficamente como una curva simétrica en forma de campana, donde el eje horizontal representa valores fenotípicos y el eje vertical representa la frecuencia con que aparecen estos valores en la población.
Con solo un locus y dos alelos influenciando un carácter hay solo tres genotipos posibles con notables diferencias entre sí y distintas distribuciones normales. Al incrementar el número de locus que afectan al carácter, aumentan el número de genotipos y las diferencias entre valores fenotípicos son más pequeñas. Cuanto mayor es el número de locus que influencian el carácter, la curva de distribución de los fenotipos tiende a ser normal, ya que los valores individuales siguen cierto patrón o distribución en la curva (2).

Fig. 1 Distribución genotípica y fenotípica en una población (1).

Por ejemplo, una característica cuantitativa como el área de ojo de bife donde su
h2= 0,36 indica que la calidad de la carne de la res va a presentar mayor rendimiento en el gancho al tener mayor musculatura, además de presentar una correlación negativa con el engrasamiento, por lo que se desea llegar a un equilibrio entre estos.
Si en una población de novillos y vaquillonas se mide el total de cm2 de su área del ojo de bife, las distintas mediciones van a tomar una distribución normal tal como indica la curva color gris de la fig. 1, debido a que todos los alelos están distribuidos aleatoriamente entre todos los individuos. Sin embargo, si separamos a los animales según valores extremos, es decir, quienes presenten el mayor valor, el menor valor y los valores intermedios para ésta característica, se pueden llegar a obtener subpoblaciones que también presentan una distribución normal y cuyos extremos van a interponerse entre sí, como evidencian las curvas naranjas en la fig. 1.

Cuando se utiliza una población de animales para la producción de bienes o servicios para el beneficio económico del productor, se tiene en cuenta la expresión fenotípica de determinados genes presentes en cada animal. Estos genes que son los responsables de esos fenotipos llevan la información necesaria para determinar la aptitud de cada individuo para el rasgo que va a llevar a la producción que nos interesa mantener o mejorar. El ambiente influencia de distinta manera al genotipo para determinar la expresión fenotípica, lo que quiere decir que el lugar donde esté ubicada esa población de animales puede favorecer o limitar la expresión de dicha combinación genética. Además, las distintas condiciones ambientales a lo largo del tiempo hacen que se exprese un rango de fenotipos posibles, los cuales pueden diferir de un individuo a otro haciendo difícil saber si las diferencias fenotípicas entre ellos son debidas a su variante genética o ambiental. Según lo anterior, en éste tipo de variables el ambiente toma un papel muy importante (11).
           
            La cría ganadera, y de cualquier animal de producción de hecho, requiere variabilidad dentro y entre poblaciones si lo que se quiere es mejorar los caracteres de interés. Esta variabilidad se puede lograr cambiando las frecuencias de alelos deseables dentro de la población mediante un programa de mejoramiento genético como la combinación de los procesos de selección de los animales y de los sistemas de apareamiento (10). Se debe tener en cuenta el valor genético aditivo, que es la suma de los efectos de los alelos del mismo locus y el único que se hereda, es decir, el único que se transmite a la descendencia. El valor genético de un individuo es la sumatoria de los efectos individuales (efecto aditivo) de cada uno de estos genes (9).

Dependiendo de la necesidad de cada productor el pasar de un sistema productivo de alto insumo a otro de bajo insumo va a favorecer a razas distintas y a características distintas dentro de cada una. De modo más general, la creciente importancia de la selección genética se atribuye a factores como el bienestar animal, la protección medioambiental, la calidad distintiva de un producto, la salud humana y el cambio climático, exigiendo que se incluya una gama más amplia de criterios en los programas reproductivos (10).
Partiendo de una población de animales en una región determinada, lo primero que se debe conocer es el promedio de los valores fenotípicos de ese carácter cuantitativo en dicha población, con el fin de mantenerlo y/o mejorarlo a lo largo de las generaciones. Dicho promedio poblacional se calcula realizando la sumatoria de los valores de ese carácter en cada uno de los individuos constituyentes de la población y dividiendo sobre la cantidad total de éstos. Este valor indica el punto central para realizar una curva de distribución normal, en el cual se puede determinar la desviación estándar que se define como la diferencia del valor de cada individuo con respecto a la media de la población. A este desvío se lo puede elevar al cuadrado para calcular la varianza (Fig. 2).

Fig. 2. Fórmula de varianza fenotípica (11).


            El valor de cría es algo que se puede estimar una vez que se conoce la heredabilidad y la superioridad fenotípica para saber con qué animales del rodeo conviene quedarse como reproductores elaborando un ranking. Teniendo en cuenta el valor de cría de todos los animales se puede guiar al propietario de la población para que decida que individuos seleccionar (el ranking pondrá 1ro a los mejores individuos como futuros padres de la siguiente generación). Como es imposible saber el potencial genético exacto de un animal, lo que se busca es estimarlo mediante un Valor de Cría Estimado (VC; en inglés EBV), y se expresa siempre en relación a la media poblacional (9).

            El principio de la estimación del valor genético se basa en la regresión (3). El coeficiente de regresión, en combinación con la superioridad fenotípica de los animales en lo alto del ranking, predice mejor la superioridad  genética o el verdadero valor de reproducción (9). Esta es la forma precisa de estimación para elegir individuos mediante índices de selección. Sin embargo si se tienen buenas estimaciones de heredabilidad, también puede calcularse de modo más práctico que haciendo regresión.
            Cuando se aplican los VC para influenciar en decisiones de selección, es importante encontrar el equilibrio entre los diferentes grupos de características y enfatizar las que son de mayor importancia para la población, los marcadores genéticos y el entorno. Si bien proporcionan la mejor base para comparar el mérito genético de los animales criados en diferentes entornos y condiciones de manejo o ambientales solo pueden usarse para comparar animales dentro del mismo análisis. El valor de cría también nos va a determinar cuánto progresa genéticamente esa población de una generación a otra a lo largo de los años.

VC = h2 (Pi – µ)


h2: proporción de variación explicada por el valor de reproducción.

h: correlación entre el valor reproductivo y el fenotipo.
(Pi – µ): desviación de los individuos (Pi) de la media (µ). (3)

            Los VC se expresan para cada rasgo con una unidad de medida en particular (kg, lt, µm), se muestran positivos o negativos entre la diferencia genética de un animal y la base genética con la que se compara. También se puede definir como el doble de las desviaciones promedio de la progenie de un genotipo con respecto a la media de la población, siempre y cuando dicho genotipo haya sido apareado con una muestra al azar de la población.


El VC puede expresarse como valor absoluto:

VC = 2 * (media hijos) – media poblacional
VC = 2(μh)- μ0

o como desviación respecto de la media de la población:

VC = 2 * (media hijos – media poblacional)

VC = 2(μh – μ0). (7).

El valor fenotípico para un carácter, también llamado mérito individual, es su rendimiento en  relación con determinado carácter y con respecto a la media poblacional. Está compuesto por el valor genotípico y la desviación ambiental, en donde el genotipo atribuye cierto valor al individuo y el ambiente causa una desviación de dicho valor en una u otra dirección (5).  

F= μ + G + M

F= valor fenotípico.

μ= media poblacional para el carácter.
G= valor genotípico.

M= efecto ambiental.

A modo de ejemplo (fig. 3) en un rodeo donde la media poblacional es de 200 kg, se mide el peso al destete como carácter cuantitativo en 3 terneros (A, B y C). Los valores genotípicos de cada uno son 5 kg para el A, 20 kg para el B y 10 kg para el C, con una influencia del ambiente de  5 kg, 40 kg y -30 kg respectivamente. Estos valores son específicos de este carácter para cada animal.

Se determinó que el mérito individual en:
Toro A: 210 kg. Está por encima de la media gracias a que posee un valor genotípico de +5 kg y un buen ambiente.
Toro B: 260 kg. Su ventaja de +60 kg con respecto a la media es debido al valor genotípico y además tuvo un mejor efecto ambiental que el promedio quizás por la influencia de la madre que fue buena lechera ya que la producción láctea tiene correlación positiva con el crecimiento del ternero hasta su destete.

Toro C: 180 kg. Posee una desventaja de -20 kg con respecto a la media a pesar de que tiene un buen valor genotípico porque afrontó condiciones ambientales desfavorables (mala nutrición o enfermedad).

Figura 3. Representación gráfica del peso al destete de tres terneros, con influencia genotípica y ambiental.

Este es un ejemplo hipotético para explicar gráficamente, en realidad no se conoce el valor genotípico ni el efecto ambiental en un individuo, solo se puede medir directamente el valor fenotípico.

Aplicación del valor de cría: selección genética


            Una herramienta de conocimiento para poder elegir un buen reproductor de acuerdo al objetivo que se quiere alcanzar, al medio ambiente, mercado, trabajo, etc., es la selección genética, que permite presentar avances permanentes y continuos, teniendo en cuenta los caracteres de relevancia económica tales como fertilidad, crecimiento y área del ojo de bife.

Para elegir al mejor reproductor se estima la heredabilidad de ese carácter en la población. Esta varía de 0 a 1, en donde se determina que una heredabilidad cercana a cero indica que casi toda la variabilidad en un rasgo entre los animales se debe a factores ambientales, con muy poca influencia de las diferencias genéticas, y las cercanas a uno casi toda la variabilidad en un rasgo proviene de diferencias genéticas con muy poca contribución de factores ambientales (6).

            La heredabilidad es un concepto estadístico (representado como h²) que describe qué parte de la variación en un rasgo dado puede atribuirse a la variación genética. Es un rasgo específico de una población en un entorno determinado y puede cambiar con el tiempo a medida que cambian las circunstancias (6). Este parámetro genético indica el grado en que la superioridad de los padres será observada en su descendencia. Para realizarla correctamente, se calcula mediante correlación o regresión los cuales requieren de mucha información, no solo un registro fenotípico de cada individuo de la población sino también tener en cuenta si hay o no parentesco entre esos individuos ya que este influye mucho en la estimación de la heredabilidad por la poca variabilidad. Por ello se hace con análisis de pedigrí porque hay características que no se pueden medir en todos los individuos por igual (ej.: en el toro la producción de leche debe medirse en las hijas, madres o abuelas, cuanto más cercano es el parentesco más precisa es la estimación de heredabilidad).

En la figura 4 se observa como se refleja el progreso genético en una población mediante la selección de individuos con valores en el extremo positivo de la curva de una población original, comparando caracteres con distinta heredabilidad. Cuando la heredabilidad del carácter es 0, no existe progreso genético alguno, la influencia completa está dada por el ambiente. Cuando la heredabilidad es 1, el progreso es total hacia la media de los individuos usados como reproductores y no existe influencia alguna por parte del ambiente. Por último, cuando la heredabilidad toma valores entre 0 y 1, el progreso genético de la población es más gradual en dirección hacia los individuos seleccionados.

Fig. 4. Indica que h2 es siempre positiva (de 0 a 1). (11).

En una curva normal se eligen los individuos que están a la derecha o a la izquierda de la curva según lo que se quiera seleccionar. Por ejemplo, si se quiere ganar un menor desarrollo de grasa convienen los que están a la izquierda y si se quiere ganar litros de leche convienen los animales que están a la derecha de la curva. No sirve quedarse con el promedio porque se vuelve a hacer lo mismo en la siguiente generación y el objetivo es tender a quedarse con los mejores.

La heredabilidad en este caso permite establecer un ranking de productores  al multiplicarla por la diferencia del valor fenotípico con respecto a la media de cada animal.

 Diferencias esperadas de progenie (DEPs)

Los DEPs expresan las diferencias previsibles en la próxima generación a partir del uso de un reproductor controlado al que se le estima el valor genético.
            Este análisis es la herramienta disponible más precisa para mejorar genéticamente una característica ya que nos aporta una predicción del comportamiento productivo que se esperaría de los hijos de un progenitor en ese determinado carácter, en comparación con los hijos de otros progenitores que son sometidos a la misma evaluación. Este no es indicador de un buen o mal comportamiento productivo, ya que esto último también está determinado por las condiciones ambientales. Se expresan como un valor positivo o negativo en la unidad en la que se esté midiendo dicha característica y están siempre acompañados de un valor de confiabilidad. 

Se puede decir que es la mitad del valor de cría predicho (9).

La confiabilidad o precisión indica que tan aproximada es la diferencia esperada de progenie respecto al valor genético real del animal. Entre más información se utiliza en el análisis, mayor es el valor de confiabilidad para esta característica y dependiendo de la cantidad de información el resultado varía entre 0 y 1. Entre más alta la confiabilidad menor es el cambio que se esperaría en el DEP al agregar información de más descendientes de un animal (8). 

La repetibilidad también le da confianza al productor siendo una medida de fortaleza de la relación entre registros repetidos de un mismo carácter en un individuo, que se utiliza para determinar qué tan eficiente es ese carácter en la generación presente de animales en base a registros previos.

 Fig. 5 Por Semenx beef Uruguay (catálogo de venta de bovinos)

                                                                                                                                               

En un catálogo (Fig. 5) para elegir un reproductor macho es importante conocer el DEP de cada uno ya que es un buen método para compararlos fácilmente entre sí y determinar qué animal conviene seleccionar. Esto se realiza en los machos debido a que son capaces de preñar muchas hembras, es decir, transmitir su superioridad fenotípica a toda la descendencia.

Conclusión


            El valor de cría nos permite seleccionar a los futuros reproductores para una determinada característica de importancia para la producción y lograr una mejora genética generación tras generación con el fin de satisfacer las necesidades y llegar al objetivo de cada productor a través de caracteres cuantitativos de mayor importancia económica, ya que estos datos le brindan confiabilidad. Es importante que el productor a la hora de seleccionar sus reproductores tenga en cuenta los catálogos de venta ya que estos son de confianza y no solo los caracteres fenotípicos que tal vez no son tan acertados a la hora de elegir un reproductor. Además, si se eligen más de una característica a mejorar, la selección debe ser independiente una de otra, ya que mientras menos caracteres se elijan, mayor y más rápido va a ser el progreso genético en su población.

            Por otra parte, en cualquier población que se trabaje, el ambiente debe presentar las mejores condiciones posibles para los animales con los que se trabaja, es decir, el productor debe procurar que todas las necesidades de los animales estén cubiertas, tengan acceso a alimento adecuado y suficiente, agua limpia, cuidados médicos, estén libres de estrés, etc. ya que, como se menciona al principio, cuanto mejores sean las condiciones ambientales, mejor se van a expresar las características genéticas de éstos animales y mejor se va a notar la diferencia entre los individuos rankeados. A su vez, la/s raza/s que debe elegir el productor deben estar cómodamente adaptadas al clima existente en su chacra/campo y consigan satisfacer sus necesidades en ésta, ya que si tenemos una raza adaptada a las condiciones de temperatura, humedad, alimento específicas de un clima en particular y la colocamos en otro clima que no cumpla esas condiciones, por más que el productor se esfuerce, los animales no van a alcanzar su máximo potencial productivo. 

Bibliografía

  • Barbadilla, A. Tema 9: Herencia cuantitativa.
  • Cappello Villada, J. S. Diplomatura Superior en Producción Animal de Rumiantes (2018). Fac. de Cs. Veterinarias UNNE – INTA Mercedes Dezetter, C. Genetic evaluation: Estimated breeding value/Definition. Genetics of dairy production
  • Genética Cuantitativa (Guía introductoria al tema). Facultad de Ciencias Veterinarias [Apunte de cátedra]. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires.
  • Genghini, R.; Bonvillani, A.;Wittouck, P.;Echevarría, A. INTRODUCCIÓN AL MEJORAMIENTO ANIMAL (2002). Cursos de Introducción a la Producción Animal. FAV UNRC.
  • Genetics Home Reference. What is heredability? (2019) US National Library of Medicine
  • Genética de poblaciones. Valor de cría: fundamentos. UBA
  • Iglesias, G. [GabyIglesias]. (2016, Junio 2018) Valor de cría y DEPs (diferencia esperada en la progenie). Recuperado de YouTube
  • Kor Oldenbroek and Liesbeth van der Waaij, 2015. Textbook Animal Breeding and Genetics for BSc students. Centre for Genetic Resources The Netherlands and Animal Breeding and Genomics Centre, 2015. Groen Kennisnet.
  • La situación de los recursos zoogenéticos mundiales para la alimentación y la agricultura (2010), editado por Barbara Rischkowsky y Dafydd Pilling. Roma Traducción de la versión original en inglés, 2007)
  • Robledo, G. Modelo Genético y Tipo de Caracteres  (2013). Cátedra de genética – Curso de genética de poblaciones. Facultad de ciencias veterinarias [Apunte de cátedra]. Universidad de Buenos Aires, Argentina.
Anuncios

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

.

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.

Medicina Veterinaria UNRN Ingreso. Pizarra Digital

Hola y bienvenidos a todos los nuevos ingresantes de la carrera de Medicina Veterinaria de la Universidad Nacional de Río Negro. En este post, les dejo la pizarra digital con el material que necesitarán durante el curso Introductorio de la carrera

Espero les sea de utilidad. Pueden verlo aquí mismo (debajo) o abrir el enlace aquí

Made with Padlet
Pizarra digital Padlet

Saludos a todos y a estudiar!!