BIOTECNOLOGIA PECUARIA

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2 BIOTECNOLOGIA PECUARIA La demanda por productos animales ha crecido constantemente y es necesario incrementar la cantidad y calidad de estos productos. En este contexto, en los últimos 20 años se ha incrementado la investigación en el área de biotecnología pecuaria con miras a las aplicaciones comerciales En el siguiente recuadro se presentan las tendencias, prioridades, oportunidades y recomendaciones que reporta la Academia Mexicana de Ciencias para la Biotecnología en el sector pecuario 1 : Mejoramiento genético del ganado. Los marcadores genéticos moleculares disponibles actualmente pueden emplearse con gran provecho en la identificación y registro de individuos; en la determinación del grado de consanguinidad y diversidad genética existente entre y dentro de las distintas poblaciones; en programas de selección como una guía para definir estrategias de apareamiento con fines de mejoramiento genético; para la introducción de alelos de resistencia a enfermedades dentro de una población comercial; ó en la formación de nuevas razas mejor adaptadas a regiones climáticas particulares. La información que se genere del estudio de los genomas, permitirá establecer de manera más precisa el efecto de los QTLs sobre la manifestación en los animales de las características de importancia económica que representan y también, ayudará a identificar nuevos y más efectivos marcadores de éste y otros tipos. Esto a su vez traerá consigo una aplicación más efectiva de los datos moleculares en el mejoramiento genético de especies de interés pecuario. Sanidad animal. Actualmente existe una gran cantidad de información científica sobre los agentes patógenos causantes de las principales enfermedades afectan el ganado, lo cual ha permitido el desarrollo y mejoramiento de métodos moleculares para su detección y para el perfeccionamiento de vacunas cada vez más específicas y efectivas. Todo esto ofrece amplias perspectivas para que a través de su incorporación en los programas de sanidad animal se logre la detección, el control y la erradicación de dichas enfermedades. Hormonas de crecimiento para incrementar la productividad pecuaria. Capitalizar en los avances que se tienen en México en la clonación molecular y producción de hormonas recombinantes del crecimiento animal, para impulsar en nuestro país la producción industrial y comercialización de dichas hormonas, que además de ser seguras para el consumidor, incrementan la producción y rentabilidad de la industria pecuaria. 1 En: 1

3 APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LA REPRODUCCIÓN DE ANIMALES La biotecnología puede apoyar las metodologías tradicionales para obtener especies pecuarias con características particulares, aunando caracterización genética a nivel molecular a otros criterios para seleccionar a los individuos reproductores. PROGRESION DE LAS TECNOLOGIAS INCORPORADAS A LA PRACTICA AGROPECUARIA MODERNA (adaptado de Animal Biotechnology: Science-based concerns 3 ) Vacunación de ganado y otras tecnologías de salubridad. Inseminación artificial. Congelamiento de semen. Selección de sementales. Uso de antibióticos en el alimento para incrementar ganancia de peso. Transferencia de embriones. División de embriones y clonación a partir de células embrionarias. Maduración/fertilización in Vitro de oocitos y cultivo in Vitro de embriones. Uso de hormonas para controlar la ovulación de animales de granja y para inducir maduración de cigotos de peces. Reversión sexual de peces; producción de grupos de peces de un solo sexo. Manipulación de número de juegos cromosómicos. Administración de esteroides para incrementar ganacia de peso. Uso de somatotropina bovina para incrementar la producción de vacas lecheras. Selección asistida por marcadores (SAM). Selección de progenitores. En ganado vacuno se han desarrollado razas especializadas en producción láctea; los criterios para elegir a los individuos que habrán de cruzarse se basan principalmente en la producción láctea del animal y en el examen visual en relación al estándar de la raza. A partir de estas observaciones y mediciones se establecen correlaciones genéticas; para algunas características estas correlaciones son altas, pero para otras son sumamente bajas. Esto se debe a que el fenotipo que se observa (cantidad de leche producida por individuo; contenido de proteínas, grasas, etc.; longevidad; peso del animal; etc.) es producto tanto del genotipo como de condiciones ambientales, por ejemplo, la nutrición del animal a lo largo de su vida. Aunado a lo anterior, se ha observado que la mayor parte del rendimiento genético proviene de la selección de sementales. Entonces las observaciones son indirectas: se selecciona al toro basándose en las observaciones de las características que exhiben sus hijas. Se utiliza información adicional, como el pedigrí, pero es evidente que la evaluación de sementales es un proceso que se lleva más de cuatro años. Se han identificado secuencias de ADN que se relacionan con rasgos fenotípicos de interés productivo; a este tipo de secuencias se les denomina marcadores moleculares. Utilizando estos marcadores se pueden genotipificar individuos y predecir cuáles portan los rasgos deseados, en nuestro ejemplo, alta productividad de leche. A estas metodologías se les conocen como Selección Asistida por Marcadores (SAM). 2

4 Identificación de individuos, pruebas de paternidad. En especies de interés pecuario, el ganado puede alcanzar altos precios en el mercado, especialmente los sementales y el semen obtenido de ellos. Al tener la capacidad de demostrar el pedigrí de un animal particular mediante pruebas de paternidad puede darle un valor agregado en su comercialización; de ahí la aplicación de pruebas de paternidad en ganado. Por otra parte, el semen se extrae y comercializa con fines de inseminación artificial; se puede analizar para determinar si efectivamente proviene del semental señalado. INGENIERÍA GENÉTICA EN ESPECIES PECUARIAS Las técnicas de ingeniería genética (o tecnología del ADN recombinante) permiten introducir genes de interés en un animal que pueden provenir de cualquier otro organismo, desde virus, bacterias, hasta otras especies animales. Ya se conocen y han caracterizado varios genes y sus funciones, abriendo la posibilidad de manipular genéticamente especies animales con diversos fines. Sin embargo, la generación de animales transgénicos es aún más controversial que la generación de plantas transgénicas. No se han liberado animales transgénicos para su uso comercial, aunque ya se han generado en laboratorio; se prevé que algunas de las aplicaciones que se pueden esperar de esta área de la biotecnología serán: Incremento en la producción y/o calidad de carne en animales de granja y peces. Incremento en la cantidad y calidad de leche. Mayor producción de huevos. Incremento en la producción y calidad de lana. Animales resistentes a infecciones. Producción de compuestos de interés farmacéutico. Xenotransplantes. Y cómo se obtiene un animal transgénico? Una de las técnicas utilizadas para obtener animales transgénicos, incluso en ganado, es la microinyección: 1. Primero se debe identificar y aislar el gen (o los genes) responsable de la característica que se desea introducir. A estos genes extraños se les denomina transgenes. 2. El transgen es introducido mediante una microinyección al pronúcleo masculino de un óvulo fecundado. 3. Los óvulos fecundados y transformados son implantados en el útero de hembras pseudo-preñadas. 4. Algunas crías expresarán el transgen, mientras que otras no; así que se deben seleccionar los animales que presenten la característica deseada. 5. Se hacen nuevas cruzas entre individuos que portan el transgen para obtener líneas homocigotos. 3

5 Otra técnica es la llamada transferencia nuclear (clonación). Consiste en sustituir el núcleo de un óvulo no fecundado por un núcleo de una célula donante (diploide), y se administra una descarga eléctrica para fusionar ambas células y estimular la división, y la formación de un embrión. Si al núcleo donante previamente se le había introducido un transgen, el resultado será un clon transgénico. Otros ejemplos se está trabajando para obtener los siguientes organismos, con diversos niveles de avance: Transformación genética de especies acuícolas (peces, moluscos). Abejas transgénicas resistentes a patógenos. Gusanos de seda capaces de producir otras proteínas. Insectos-plaga manipulados genéticamente para ser menos dañinos a los cultivos, o menos capaces de transmitir patógenos. Producción de proteínas recombinantes con fines farmacéuticos en larvas de insectos. 4

6 Animales transgénicos para investigación Además de las aplicaciones comerciales, los animales modificados genéticamente pueden utilizarse en el área biomédica (Unidad VI) y en investigación básica y biomédica. Una tecnología muy utilizada con este último propósito es la generación de animales knockout: se trata de animales de laboratorio (usualmente ratones) a los cuales se inhibe por completo la expresión de gen para observar cuáles son las consecuencias y así poder determinar la función específica del gen en cuestión. Diagnóstico de enfermedades en animales Es posible detectar enfermedades infecciosas que afectan al ganado mediante técnicas descritas en la unidad II, a saber, inmunoensayos, y técnicas que utilizan sondas radioactivas de ácidos nucleicos. ENFERMEDAD AGENTE CAUSAL ESPECIES AFECTADAS TECNICA DE DIAGNOSTICO Brucelosis Bacteria Brucella Ganado bovino (B. abortus), caprino (B. melitensis), carneros (B. ovis), cerdos (B. suis), perros (B. canis) Theileriosis Protozoos Theileria Ganado bovino Hibridación de ácidos nucleicos Criptosporidiosis Hongo Ganado bovino Cryptosporidium pardum genotipo bovino ORF o ectima Parapoxvirus Ovejas, cabras, contagioso humanos Anaplasmosis Rickettsia Ganado bovino Anaplasma marginale 5

7 También se pueden detectar enfermedades hereditarias mediante técnicas derivadas de la. Por ejemplo, en bovinos ya están establecidos protocolos para detectar a portadores de las siguientes enfermedades: BLAD (deficiencia en la adhesión leucocitaria bovina) que produce mortalidad en terneros por una baja de inmunidad. DUMPs (deficiencia de la enzima uridina-monofostato sintasa) que produce mortalidad embrionaria. Citrulinemia bovina (deficiencia de la enzima argininosuccinato sintasa) que produce mortalidad en terneros con sintomatología de depresión de sistema nervioso. CVM (complejo vertebral de malformación) Estas enfermedades son causadas por genes recesivos; el objetivo es detectar a los portadores sanos para evitar usarlos como progenitores. BIBLIOGRAFIA 1. Ochoa G., P Mejoramiento genético del ganado bovino productor de leche. Ciencia Veterinaria. 5: En: 2. López-Zavala, R., Cano-Camacho, H., Chassin-Noria, O., Zavala-Páramo, M.G. Selección asistida por marcadores genéticos moleculares en especies animales de interés pecuario. Ciencia Nicolaita. 46: En: Asistida-por-marcadores-moleculares 3. National Research Council Animal biotechnology: science-based concerns. National Academies Press. 6

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