Blog educativo y de divulgación de genética. Por Gabriela Marisa Iglesias. Med. Veterinaria. Mag. en Biotecnología. Especialista en Entornos Virtuales de Aprendizaje. Prof. Asociada Genética. Carrera Veterinaria. Univ. Nacional de Río Negro. Argentina
A todos los lectores, alumnos, curiosos, docentes y demás visitantes que pasan por el sitio
Quería comentarles que hace ya un año o más, traté de mejorar este blog educativo, comprando el plan premium de wordpress e hice un diseño de la página que me pareció muy lindo, pero evidentemente luego de ese intento, que superó mi conocimiento de las nuevas formas de indexación y otras yerbas de google y las herramientas SEO que son para monetizar el sitio (cosa que no fué mi objetivo), el blog comenzó a tener problemas de indexación de google y casi desapareció de las búsquedas.
Lamentablemente mis tareas como profesora en la Universidad y las tareas de investigación que realizo me impidieron dedicarle más tiempo a ver cómo se podía solucionar.
Leí muchos foros, entre a los paneles de control de Console de google, chequeé google analytics pero nada, no es mi especialidad.
Finalmente volví al plan más simple pero aún no se solucionan los problemas de indexación.
Estoy apenada porque el sitio estaba bien posicionado y llegaba a muchos lectores
Ahora tiene 3 veces menos visitantes que antes.
He modificados muchas imágenes y hecho muchos modificaciones a cada página para que se ajuste más a las nuevas directivas de google y a lo que quiero mostrar.
Lamento que los gráficos que me llevó tantas horas realizar, no hayan sido vistos como este que les dejo abajo y que está en la página de Genética del sexo
En fin espero que de a poco se vaya solucionando y puedan encontrar ejercitaciones resueltas y otras cosas que hemos ido actualizando. Muchas no salen en la búsqueda de google.
Lamento los inconvenientes y pido disculpas. Espero se solucione pronto
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.
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.
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
Genghini, R.; Bonvillani, A.;Wittouck, P.;Echevarría, A. INTRODUCCIÓN AL MEJORAMIENTO ANIMAL (2002). Cursos de Introducción a la Producción Animal. FAV UNRC.
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.
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.
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
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.
Hola de vuelta, quería avisarles que hay varias modificaciones en el Blog
Ejemplo de la deleción de un nucelótido dentro del marco de lectura de un gen. Consecuenncia corrimiento del marco de lectura. No hay pausas o comas ni puntos que delimiten los codos, solo quedan delimitados por el codón de incio AUG. Por Gabriela Iglesias
Quería comentarles que se han incorporado nuevas imágenes a varias páginas, algunas de las cuales, ha llevado mucho tiempo hacer, pero están en muy buena calidad. Espero que les sirvan y recuerden que si van a copiarlas, deben citar la fuente por los derecho de autor. Lo mismo para los textos de cada página que son de mi autoría. En la página Bibliografía les dice como citar al blog en distintos formatos. (Bibliografía)
Regiones homólogas y no homólogas de los cromosomas X e Y por Gabriela M. Iglesias
Hola a todos, he estado trabajando mucho en hacer que el blog tenga la mayor cantidad de imágenes propias. Al actualizar páginas, no se reciben notificaciones, ni se registra como algo nuevo, así que quería expresarles estos cambios en esta entrada.
Nuevo estilo del Blog
Hola a todos, he estado trabajando mucho en hacer que el blog tenga la mayor cantidad de imágenes propias. Al actualizar páginas, no se reciben notificaciones, ni se registra como algo nuevo, así que quería expresarles estos cambios en esta entrada.
Lamentablemente, no he podido manejar eficazmente el nuevo diseño, aparecieron problemas en google y empezaron a bajar las visitas a la página dramáticamente
Se juntaron muchas cosas, nuevas formas de publicar en la plataforma de wordpress y muchas exigencias para el sitio para comercializarlo. nuevos Robots de google que buscan errores y la aparición de los diseños de páginas para vista en teléfonos móviles. Todo eso implicó un trabajo de re edición de todas las páginas y casi todas las entrada del Blog que aún sigo trabajando en eso. Lamentablemente no soy experta en SEO ni en elaboración de páginas, así que he vuelto al plan anterior de wordpress donde solo pago el nombre de la página. En Google el Blog había desaparecido por completo, así que sigo solicitando nuevas indexaciones a medida que corrijo errores
Blog educativo y de divulgación de genética. Por Gabriela Marisa Iglesias. Med. Veterinaria. Mag. en Biotecnología. Especialista en Entornos Virtuales de Aprendizaje. Prof. Asociada Genética. Carrera Veterinaria. Univ. Nacional de Río Negro. Argentina
