GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA MARINA Profesores Beatriz Camara (UTFSM) José Gallardo (PUCV)

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1 GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA MARINA Profesores Beatriz Camara (UTFSM) José Gallardo (PUCV) Doctorado en Biotecnología I Semestre 2015 ESTUDIO DE CASO: CONSORCIO DE PATOGENOS EN SALMONICULTURA EVOLUCION BIOMASA TOTAL Y CRISIS VIRUS ISA Colapso virus ISA PERDIDAS POR US$ Fuente: Sernapesca, 2103 Fuente: Sernapesca,

2 MORTALIDAD ASOCIADA A PISCIRICKETTSIA SALMONIS USO DE ANTIPARASITARIOS PARA EL CONTROL DE CALIGUS P. salmonis es una bacteria intracelular altamente agresiva. PERDIDAS POR MUS$ x AÑO Fuente: Sernapesca, 2103 Fuente: Sernapesca, 2103 Antiparasitarios (Kg) Deltametrina Benzoato de Emamectina Cipermetrina Diflubenzurón PERDIDAS POR MUS$ x AÑO CONCEPTOS: TOLERANCIA Y RESISTENCIA A PATOGENOS PROBLEMA 1: CÓMO EVALUO LA RESISTENCIA A PATOGENOS? Tolerancia Es la habilidad del animal para soportar los efectos perjudiciales asociados a la infección (enfermedad). Mejorar la tolerancia reduce el impacto de la infección en el individuo, pero Eene poco efecto en la transmisión de la infección a nivel poblacional. Resistencia Es la capacidad de los animales para moderar el ciclo de vida de un patógeno. Mejorar la resistencia reduce la transmisión de la infección y por lo tanto la severidad de la enfermedad a nivel poblacional. 2

3 MORTALIDAD COMO RASGO BINARIO? MORTALIDAD COMO TIEMPO EN MORIR? 100% 100% Mortalidad 80% 60% 40% 20% 0% Familias Mortalidad acumulada 75% 50% 25% 0% Mortalidad individual = Vivo (0) Muerto (1). Dias post inoculación Mortalidad individual = Días en morir. CARGA DE PATOGENOS? CONSORCIO DE PATOGENOS = COINFECCION Piojos de mar con Infestación (N parásitos) MICROSPORIDIO Loma salmonae Mustafa et al AMEBA Neoparamoeba perurans Nowak et al Bustos et al VIRUS ISA Peces Infestación individual: Nº parásitos por pez Valdes-Donoso et al. (2013) 3

4 PROBLEMA 2: DÓNDE EVALUO LA RESISTENCIA? PROBLEMA 1: DÓNDE EVALUO LA RESISTENCIA? LABORATORIO CENTRO DE CULTIVO Item h 2 Laboratorio h 2 Campo Exposición a la infección Completa Parcial Diagnóstico Completo Sub-obtimo incomplete exposure to infection, or suboptimal Control de diagnoses Completo Limitada variables ambientales Fuente: Bishop SC, Woolliams JA (2010) EVIDENCIAS DE RESISTENCIA GENETICA A PATOGENOS PATOGENOS SUSCEPTIBLES DE SER CONTROLADOS POR SELECCION Frecuencia (%) Mediana 0,15 0,16 Mediana 0,29 Bacterias (N =143) Parásitos (N =36) Virus (N =68) VIRUS BACTERIAS PARASITOS IPN: Infectious pancreatic necrosis ISA: Infectious salmon anemia VHS: Haemorrhagic septicaemia SRS: Piscirickettsia salmonis Vibriosis: V. salmonicida, V. ordalii, V. anguillarum Furunculosis: Aeromonas salmonicida Sea lice (Caligus rogercresseyi) AGD: Amoebis gill disease ,0_0,10 0,11_0,20 0,21_0,30 0,31_0,40 0,41_0,50 0,51_0,60 0,61_0,70 0,71_0,80 0,81_0,90 0,91_1,00 IHNV: Infectious hematopoietic necrosis BKD: Bacterial kidney disease Heredabilidad (h2) SPDV: Salmon pancreas disease virus 4

5 Patógeno h 2 Laboratorio h 2 Terreno L. salmonis 0,26 0,06 IPN virus 0,28 0,15 Furunculosis 0,34 0,23 Patógeno rg Fuente L. salmonis 0,88 ± 0,17 Kolstad Furunculosis 0,95 Gjoen et al., 1997 IPN 0,78-0,83 Storset et al., 2007 Trait 1 Trait 2 Genetic correlation Autor Año Furunculosis ISA 0.25 Gjerde et al Furunculosis ISA 0.07 Kjoglum et al ISA IPN (-) 0.10 Kjoglum et al Furunculosis IPN (-) 0.11 Kjoglum et al Lice Body weight 0.37 Kolstad et al PD Smolt weight 0.30 Norris et al Furunculosis Body weight 0.09 Gjerde et al PD Early madurity (-) Norris et al ISA Body weight (-) 0.03 Gjerde et al PD Fillet (%) (-) 0.16 Norris et al PD Color (-) 0.35 Norris et al Infestación (N parásitos) CUANTIFICACION FENOTIPO DE RESISTENCIA: NUMERO DE PARASITOS POR PEZ Susceptibles Peces Resistentes 5

6 DESAFIO CONTRA CALIGUS ESTIMACION PARAMETROS GENETICOS DE RESISTENCIA: NUMERO DE PARASITOS POR PEZ Días post infestación Heredabilidad (h 2 + EE) Peso cuerpo como covariable Sin Peso como covariable 4 días 0,340 ± 0,07 ** 0,417 ± 0,08 ** 14 días 0,056 ± 0,06 ns 0,175 ± 0,08 ns Aquaculture research : RESISTENCIA GENETICA P. SALMONIS Mortalidad como rasgo binario 100% 80% Susceptibles h 2 (Pobl. 1) = 0,08 ns h 2 (Pobl. 2) = 0,19 * Mortalidad 60% 40% 20% Resistentes 0% Familias 6

7 CUANTIFICACION FENOTIPO RESISTENCIA P. SALMONIS CUANTIFICACION PARAMETROS GENETICOS RESISTENCIA P. SALMONIS Población h 2 Fuente ,08 ± 0, ,19 ± 0,23 Lhorente et al., ,11 0,41 Yañez et al., 2103 Fuente: Yañez et al., 2103 Tiempo a la muerte (d). HIPOTESIS 1 / METODOS C. rogercresseyi reduce la resistencia a P. salmonis? Simple infección P. salmonis Coinfección P. Salmonis + 30 Caligus x pez Coinfección P. Salmonis + 60 Caligus x pez 7

8 HIPOTESIS 2 / METODOS La resistencia a la coinfección es un rasgo heredable? Modelo umbral (binario) Modelo lineal (continuo) S R R = 0 S = 1 HIPOTESIS 3 / METODOS Peces resistentes a P. Salmonis son resistentes a la coinfección? P. salmonis Full sib Full sib P. Salmonis + 30 caligus Full sib P. Salmonis + 60 caligus 15 full-sib = peces genealogizados RESULTADOS EFECTO DE CALIGUS SOBRE RESISTENCIA A P. SALMONIS EFECTO CALIGUS RESULTADOS / DISCUSION RESISTENCIA A LA COINFECCION ES HEREDABLE Trat. Heredabilidad Nº Resistencia CALIGUS (umbral) Heredabilidad Resistencia (conqnuo) T1 0 0,23 ± 0,07 0,32 ± 0,12 T2 30 0,24 ± 0,07 0,37 ± 0,14 T3 60 0,17 ± 0,08 0,37 ± 0,14 P. salmonis + 8

9 RESULTADOS / DISCUSION AUSENCIA DE CORRELACION RESISTENCIA SIMPLE - COINFECCION Tratamiento T1 (0 Sea lice) T2 (30 sea lice) T1 (0 sea lice) - - T2 (30 sea lice) - 0,14 ± 0,33 ns - T3 (60 sea lice) 0,32 ± 0,34 ns 0,99 ± 0,01** RESULTADOS / DISCUSION CALIGUS CAMBIA EL RANKING DE SELECCION A P. SALMONIS RANKING RESISTENCIA P. SALMONIS SIN CALIGUS CON CALIGUS MECANISMOS DE RESISTENCIA A PATOGENOS El animal puede tener atributos morfológicos que hacen que dificultan la infección del patógeno. El animal puede tener atributos de comportamiento que le permite evitar la infección. El animal puede tener genes de respuesta no inmunes que impiden la infección o la limitan en los órganos diana. El animal puede tener una respuesta inmune adecuada dirigida contra el patógeno. Esto puede permitir que el animal combata con éxito la infección o evite los efectos patogénicos de la enfermedad. 9

10 CUANTIFICACION FENOTIPO DE RESISTENCIA: MARCADORES INMUNOLOGICOS ESTIMACION PARAMETROS GENETICOS DE RESISTENCIA: MARCADORES INMUNOLOGICOS Rasgo N MEAN (ng/ul) IL8 (tej. 1) 238 3,02 ± 1,13 IL8 (tej. 2) 217 3,69 ± 1,39 TNF alpha (tej. 3) 229 0,36 ± 1,39 TNF alpha (tej. 4) 230 1,41 ± 1,33 NKEF (tej. 5) 235 0,01 ± 0,01 NKEF (tej. 6) 233 0,06 ± 0,030 Rasgo Heredabilidad h 2 + EE Peso cuerpo (Cov) Sin peso cuerpo (Cov) Conteo parásitos 4 dpi 0,34 ± 0,07 0,42 ± 0,08 Conteo parásitos 14 dpi 0,05 ± 0,06 0,17 ± 0,08 IL8 (tej. 1) 0,52 ± 0,17 0,52 ± 0,17 IL8 (tej. 2) 0,43 ± 0,16 0,43 ± 0,16 TNF alpha (tej. 3) 0,51 ± 0,17 0,52 ± 0,17 TNF alpha (tej. 4) 1,00 ± 0,00 1,00 ± 0,00 NKEF (tej. 5) 0,60 ± 0,17 0,63 ± 0,17 NKEF (tej. 6) 0,96 ± 0,18 0,94 ± 0,18 ESTIMACION CORRELACION GENETICA MARCADORES INMUNOLOGICOS Rasgo Peso cuerpo Parásitos sésiles Peso cuerpo - 0,34 ± 0,03 Parásitos sésiles 0,63 ± 0,10-1 tejido B -0,40 ± 0,23-0,49 ± 0,22 1 tejido P 0,26 ± 0,26 0,24 ± 0,25 2 tejido B - 0,32 ± 0,24-0,39 ± 0,22 2 tejido P 0,00 ± 0,06 0,16 ± 0,16 3 tejido B 0,71 ± 0,15 0,79 ± 0,26 3 tejido P 0,06 ± 0,07 0,82 ± 0,11 10