Genética, Patologías

Tecnologías genéticas para combatir las enfermedades infecciosas en la acuicultura

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By Milthon Lujan

Las enfermedades y el parasitismo causan grandes preocupaciones ambientales, económicas y de bienestar para la industria acuícola mundial.

resistencia piojo mar salmon
Explorando la base genética de los mecanismos que mejoran la resistencia del huésped. Fuente: Robinson et al. (2022)

Un equipo de investigadores de diversas organizaciones internacionales liderados por Nofima, The Roslin Institute de la University of Edinburgh (Reino Unido), la University of Melbourne (Australia), entre otras, publicaron una revisión científica en donde examinan el estado y el potencial de las tecnologías que aprovechan la variación genética en la resistencia del huésped para abordar este problema.

Según los investigadores existe una necesidad urgente de mejorar la comprensión de los mecanismos genéticos involucrados, lo que lleva al desarrollo de herramientas que se pueden aplicar para aumentar la resistencia del huésped y reducir la carga de la enfermedad.

Ellos se basaron en dos problemas de enfermedades globales apremiantes como estudios de caso: las infestaciones de piojos de mar en los salmónidos y el síndrome de la mancha blanca en los camarones.

Mejorar la resistencia del huésped como medida preventiva

El nivel de susceptibilidad o resistencia del huésped generalmente está influenciado por muchos genes, cada unos de los cuales contribuye con pequeños efectos aditivos (rasgo poligénico).

La resistencia a enfermedades suele ser hereditaria, con estimaciones de heredabilidad de moderadas a bajas para la resistencia al piojo de mar en el salmón del Atlántico y el virus de la mancha blanca en camarones.

Los autores del estudio destacan que el potencial para mejorar la resistencia a los piojos a través de la crianza selectiva es sustancial debido a que el coeficiente de variación en el conteo de piojos por pez es muy alto.

Para la resistencia a los piojos de mar, un rasgo clave del objetivo de reproducción de importancia es el número de tratamientos de piojos en un ciclo de producción en una granja. Esto está determinado por el umbral del tratamiento utilizado, la intensidad de la infestación de piojos y la resistencia del huésped a los piojos de mar.

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“El objetivo a largo plazo de la selección es incrementar la resistencia al patógeno es el desarrollo de un huésped que los patógenos no infecten bajo las condiciones de campo, de esta forma los patógenos no serán capaces de reproducirse y diseminarse en las granjas ni en las poblaciones silvestres cercanas”, destacan los investigadores.

Los recientes avances en las tecnologías genómicas proveen oportunidades para mejorar nuestro conocimiento de los mecanismos genéticos que afectan las diferencias en la resistencia del huésped entre y dentro especies.

Mecanismos biológicos que proporcionan resistencia en el huésped

La resistencia del huésped a la infección y parasitismo es altamente complejo, y probablemente esté determinado por una rango de respuestas, y las investigaciones en un grupo de especies de peces ha identificado diferentes mecanismos potenciales que afectan la resistencia del huésped. En comparación, se conoce poco sobre la biología de resistencia a las enfermedades en los invertebrados (por ejemplo los camarones).

Respuesta inmunológica y celular

El sistema inmunitario innato proporciona una primera defensa fundamental contra los patógenos invasores y existe en organismos invertebrados y vertebrados.

La mayoría de los organismos poseen receptores celulares, que se unen a elementos extraños y diferencian los propios de los ajenos. Estos receptores de reconocimiento de patrones (PRR) reconocen patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) y patrones moleculares asociados a daños (DAMP).

Ya sean hemocitos de crustáceos o macrófagos/dendríticos/linfocitos B de teleósteos, las células fagocíticas eliminan patógenos potenciales y actúan como puente para la activación inmunitaria adaptativa en vertebrados.

Producción semioquímica

Otra consideración importante es la cuestión de qué atrae a los parásitos a un huésped en particular o qué disuade a los parásitos de infectar a otros huéspedes o no huéspedes.

Los semioquímicos son sustancias químicas liberadas por un organismos que afectan el comportamiento de otros organismos. Los semioquímicos que atraen a otra especie y dañan a la especie huésped emisora se conocen como kairomonas, mientras que los que disuaden a otras especies y benefician a la especie huésped emisora se conocen como alomonas.

Factores genéticos de la resistencia del huésped

Aplicación de la herramienta genómica

Las interacciones huésped-parásito y huésped-viral son extremadamente complejas y su estudio requiere un enfoque holístico que involucre el uso de tecnologías que permitan investigar los diferentes aspectos de la interacción.

“Se necesita conocimiento sobre los genes y mecanismos específicos involucrados en proporcionar una mayor resistencia a las enfermedades, particularmente para las posibles aplicaciones posteriores de edición de genes”, describen los investigadores.

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Ellos describen de manera general las diferentes tecnologías genómicas que pueden dilucidar los diferentes componentes de las interacciones huésped-patógeno.

“Es probable que la generación de conjuntos de datos multiómicos ayude a dilucidar las interacciones huésped-patógeno y otros procesos biológicos, la extracción de información significativa de este tipo de conjuntos de datos requerirá métodos de integración adecuados”, destacan.

En el artículo se describen herramientas como asociación de pruebas de marcadores en todo el genoma, secuenciación de ARN de una sola célula, transcriptómica espacial, y proteómica.

Semioquímicos

En los ecosistemas marinos, los ectoparásitos obligados, como el piojo de mar, usan señales químicas y otras señales sensoriales para incrementar la probabilidad de encontrar un huésped y para identificar los huéspedes apropiados de los cuales dependen para completar su ciclo de vida.

Los compuestos químicos que subyacen a la identificación del huésped por los piojos de mar no están completamente descritos o caracterizados. La identificación de semioquímicos que atraen parásitos abre nuevas posibilidades para el control de parásitos.

Los ensayos cuantitativos de atrayentes de parásitos (kairomonas) o repelentes (alomonas) podrían guiar la selección de variantes favorables para los programas de reproducción. El efecto de las condiciones de crianza y los alimentos sobre el atractivo puede evaluarse mecánicamente.

Además, los semioquímicos se pueden utilizar en estrategias push-pull utilizando dispositivos antiparasitarios, ungüentos y trampas con cebo.

Tecnologías y enfoques para mejorar la resistencia del huésped

Selección genómica

La selección genómica es una forma de selección asistido por marcador en el cual los marcadores genéticos de todo el genoma son usados para que todos los QTL estén en desequilibrio de ligamiento con al menos un marcador, ahora se aplica rutinariamente a algunos programas de cría en acuicultura.

Se ha demostrado que utilizar la selección genómica en lugar de la estimación tradicional del valor genético basada en el pedigrí aumenta la precisión en los esquemas de mejoramiento acuícola.

La selección genómica ha brindado un medio poderoso y preciso para lograr altas tasas de ganancia genética para la resistencia al virus de la mancha blanca en los camarones vannamei. Para realizar una selección de hermanos tradicional para la resistencia al WSSV, las familias tendrían que mantenerse separadas y luego etiquetarse antes de ejecutar la prueba de desafío.

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Edición de genes

La aplicación de la edición de genes en la cría acuícola requiere una consideración y discusión exhaustiva desde los puntos de vista técnico, regulatorio y de aceptación pública. Por lo tanto, la identificación de un fuerte candidato para editar puede considerarse solo como el primer paso hacia la aplicación.

Para los rasgos de resistencia a enfermedades, se pueden aplicar varias técnicas genómicas para identificar genes candidatos fuertes, y su función se puede investigar in vitro e in vivo utilizando sistemas de edición del genoma CRISPR-Cas.

Para especies con intervalos generacionales relativamente largos (por ejemplo el salmón del Atlántico), la edición del genoma podría ser particularmente beneficiosa para acelerar el desarrollo de resistencia a enfermedades.

Conclusión

“La aplicación de tecnologías y enfoques genéticos tiene el potencial de mejorar el conocimiento fundamental de los mecanismos que afectan la resistencia genética y proporcionar vías efectivas para la implementación que podrían conducir a poblaciones acuícolas más resistentes, transformando la acuicultura mundial”, concluyen.

Contacto
Nicholas A. Robinson
Email: nick.robinson@nofima.no
Nofima AS, Tromsø, Norway

Referencia (acceso libre)
Robinson, NA, Robledo, D, Sveen, L, et al. Applying genetic technologies to combat infectious diseases in aquaculture. Rev Aquac. 2022; 1- 45. doi:10.1111/raq.12733

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