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La Genómica en las Ciencias Veterinarias

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Dra. Rosa Estela Quiroz Castañeda

Investigador titular “C” en el CENID-Parasitología Veterinaria en Jiutepec, Morelos.

Siendo sincera, nunca me sentí atraída por convivir con la naturaleza. De pequeña, eso de sentir mi entorno y agarrar bichitos o colectar insectos, nunca fue lo mío. Por el contrario, me cuestionaba sobre lo que podría pasar si polinizaba una flor con una mezcla de pólenes de flores distintas o qué pasaba en las células cuando una flor se marchitaba por falta de agua…eso sí me gustaba. Así, con ese interés por las plantas llegué al laboratorio de Biología Molecular de Plantas del IBt. Realicé la tesis de Licenciatura y la Maestría en Ciencias Bioquímicas bajo la tutoría del Dr. Francisco Campos, trabajando en la localización celular de la proteína PvLEA6 de frijol, bajo condiciones de estrés abiótico (aquél provocado por factores inertes como el climático, geológico o geográfico, presentes en el medio ambiente y que llegan a afectar a los ecosistemas).

Posteriormente, el proyecto de doctorado sobre la caracterización de enzimas fúngicas celulolíticas con potencial biotecnológico lo desarrollé bajo la dirección del Dr. Jorge Luis Folch, en la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM). Después de un posdoctorado trabajando en cuestiones de genómica pecuaria con el Dr. Edgar Dantán (también en la UAEM) en el 2014, fui contratada como Investigadora titular de la Unidad de Anaplasmosis en el Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Parasitología Veterinaria (CENID-PAVET) del INIFAP, en Jiutepec, Morelos.

Los miembros de este centro tenemos la misión de generar conocimientos científicos y tecnologías que contribuyan al desarrollo sustentable del sector pecuario del país. Y a eso me dediqué. Actualmente, con el financiamiento de un proyecto CONACyT estamos desarrollando un método de diagnóstico para la detección de patógenos en el ganado bovino, con la finalidad de que a través de la extracción del suero de un animal con sospecha de infección, se determine si es portador de cierto patógeno.

El beneficio de esta prueba es que los ganaderos dueños de estos animales podrán tomar las decisiones pertinentes de tratamiento y control del animal infectado. Por otro lado, continúo utilizando la genómica como herramienta en la investigación pecuaria. Específicamente, pretendemos identificar inmunógenos (moléculas que en el hospedero pueden desencadenar una respuesta inmune, generando, por ejemplo, anticuerpos) que puedan ser utilizados en el diseño y desarrollo de vacunas contra Anaplasma marginale, una bacteria que infecta los eritrocitos (también llamados glóbulos rojos) del ganado bovino causándole anemia, abortos, pérdida de peso e incluso la muerte.

Mediante un análisis de genómica funcional utilizando varios genomas de cepas mexicanas de A. marginale pretendemos identificar proteínas de membrana externa, proteínas del sistema de secreción tipo IV, hemolisinas, proteasas, entre muchas otras proteínas con potencial para ser utilizadas como antígenos en el diseño de una vacuna. La idea es que se cuente con una colección de proteínas con potencial antigénico e inmunogénico, la cual pueda ser evaluada en condiciones in vitro, mediante citometría de flujo.

Una línea más de investigación que tenemos se enfoca en el análisis patogenómico (predicción de patogenicidad a partir del análisis de genomas bacterianos) de ciertos hemoplasmas (los hemoplasmas son un grupo de especies bacterianas hemotrópicas, es decir, aquellas que son atraídas por la sangre del animal hospedero) que no se habían identificado en nuestro país, llamados Candidatus Mycoplasma haemobos y Mycoplasma wenyonii. Estos hemoplasmas se han reportado en ganado bovino en diversos países, incluyendo Inglaterra, Brasil, Hungría, China, Suiza y Alemania; sin embargo, en México ninguno de los hemoplasmas se había identificado, hasta que en el año 2016 detectamos Ca. Mycoplasma haemobos en ganado mexicano, mediante un diagnóstico molecular. Este hecho nos permitió reportar por primera vez la presencia de esta bacteria y su genoma en el mismo año. El análisis de genómica comparativa y pangenómico (el conjunto de todos los genes de todas las cepas de una especie) de hemoplasmas reportados en GenBank y el hemoplasma que recientemente habíamos identificado, nos permitió confirmar que en México existen Ca. Mycoplasma haemobos INIFAP01.

Una desventaja de trabajar con este hemoplasma es que no es cultivable, por lo que en la mayoría de las veces tenemos que recurrir al muestreo de animales para la extracción de sangre y ADN genómico y evaluar molecularmente si están infectados con Ca. Mycoplasma haemobos INIFAP01.

Los análisis patogenómicos de Ca. Mycoplasma haemobos INIFAP01 y Mycoplasma wenyonii INIFAP01 permitirán conocer todas aquellas proteínas que participan en el proceso de infección y la toxicidad del hemoplasma.

Además, la importancia de Ca. M. haemobos y M. wenyonni es que en asociación con otras bacterias que infectan eritrocitos, pueden agravar la salud del animal. Es por ello que estamos interesados en estudiar las interacciones que ocurrirían entre estas y otras bacterias para coexistir en el eritrocito y si actúan en sinergia durante la infección y el desarrollo de la enfermedad.

Aunque en muchas áreas de investigación la Genómica se usa ampliamente desde hace mucho tiempo, en el sector pecuario se ha destacado apenas en años recientes. A pesar de esto, los logros y avances obtenidos convierten a esta disciplina (y a cualquier otra “ómica”) en herramientas poderosas que sin duda impactan en la investigación pecuaria, tal como se ha observado en el mejoramiento de razas de animales de granja, el desarrollo de vacunas y el diagnóstico de enfermedades.

 

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Optimizando el uso del semen sexado

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El semen bovino se debe descongelar a 35°C durante 45 segundos. Si esta temperatura no es exacta, una descongelación inadecuada puede afectar la calidad y viabilidad del semen.


Por: JODEE SATTLER (Estados Unidos)

Durante la segunda mitad del siglo XX (aproximadamente de 1955 a 2005), el rendimiento reproductivo del ganado lechero disminuyó considerablemente. Una variedad de factores –desde una mayor producción de leche, hasta una mayor endogamia y una nutrición inferior a la óptima– pueden haber contribuido a este retroceso.

Fisiólogos reproductivos, genetistas y otros expertos colaboradores de la industria láctea, algunos de ellos fueron convocados por el Consejo de Reproducción del Ganado Lechero de los Estados Unidos (DCRC, por sus siglas en inglés) para revertir esta tendencia negativa de la reproducción.

Durante la Reunión Anual del DCRC de 2022, el Dr. Paul Fricke, profesor de reproducción de ganado lechero de la Universidad de Wisconsin y especialista en Extensión, describió la “reversión”, es decir este gran cambio que comenzó en 2002, como una «revolución en la reproducción».

«El espectacular aumento de la reproducción se ha producido durante la última década (más o menos)», decía Fricke.

Si bien la mejora de la genética, la nutrición y los protocolos de manejo ayudaron a mejorar la reproducción del ganado lechero, la adopción de programas de fertilidad, como la inseminación artificial programada (IAT) y la resincronización de la ovulación (resincronización) después de un diagnóstico de falta de preñez, jugó un papel importante en el aumento del rendimiento reproductivo. Además, combinar los programas de fertilidad con nuevas tecnologías para la detección del estro, basadas en sistemas de seguimiento de la actividad, ayudó eficazmente a lograr mejores tasas de preñez.

Estrategias que conducen al progreso reproductivo

Durante esta revolución, el rendimiento y la economía del semen sexado mejoraron. Sin embargo, el rendimiento del semen sexado todavía está por detrás del rendimiento del semen convencional. El uso de semen sexado aumenta el progreso genético en los rebaños lecheros a través de una mayor intensidad de selección de madres (Khalajzadeh et al., 2012).

Otras estrategias incluyen pruebas genómicas o de pedigrí para identificar novillas y vacas genéticamente superiores, el uso de semen sexado para inseminar novillas lecheras genéticamente superiores y vacas lactantes equilibradas para las necesidades de reemplazo (Weigel et al., 2012) y el uso de semen de bovino de carne para inseminar novillas con méritos genéticos bajos y vacas para producir terneros cruzados con mayor valor en el mercado de la carne (Ettema et al., 2017).

«Esto ha llevado a una tendencia en rápida evolución a utilizar semen Holstein sexado, semen Holstein convencional y semen de bovino de carne convencional para inseminar hembras Holstein en los Estados Unidos», decía Fricke.

Mejorar la fertilidad con semen sexado

Dado el importante papel del semen sexado para ayudar a los productores lecheros a “dimensionar correctamente” sus hatos y capitalizar la mejor genética del rebaño, Fricke centró su presentación en estrategias de manejo para mejorar la fertilidad del semen sexado en novillas no lactantes y vacas lecheras lactantes.

Fricke explicó que las novillas no responden favorablemente a los protocolos de sincronización basados ​​únicamente en GnRH y PGF2α, como Ovsynch. La “clave” es incluir un inserto de progesterona intravaginal controlado (CIDR) durante el protocolo. Esta práctica evita que las novillas muestren estro hasta que se retira el inserto CIDR, lo que aumenta la sincronía con el protocolo.

La DCRC recomienda el protocolo CIDR-Synch de 5 días (https://www.dcrcouncil.org/protocols) para novillas lecheras. Fricke observó que del 27% al 33% de las novillas presentan estro >24 horas antes de la IAT programada con el protocolo CIDR-Synch de 5 días. «Esto hace que la detección del estro durante el protocolo CIDR-Synch de 5 días sea un requisito para lograr tasas de concepción aceptables», comentó.

Lauber et al. (2021) condujeron una prueba de campo para comparar programas de manejo reproductivo para el envío de novillas Holstein a su primera inseminación con semen sexado. Los investigadores evaluaron:

  • CIDR5 (sincronización CIDR de 5 días)
  • CIDR6 (sincronización CIDR de 6 días)
  • EDAI (la PGF2α en el día 0 fue seguida por una detección de estro una vez al día [detección visual de la eliminación de tiza de la cola y otros signos] e IA)

El equipo de investigación concluyó que, aunque retrasar el retiro del dispositivo CIDR 24 horas en un protocolo CIDR-Synch de cinco días suprimió la expresión temprana del estro antes de la IAT, retrasar la eliminación del CIDR 24 horas tendía a disminuir la preñez por inseminación artificial (P/IA) en novillas inseminadas con semen sexado.

Además, el sometimiento de las novillas a un protocolo CIDR-Synch de cinco días para la primera IA tendió a aumentar el P/IA y a disminuir el costo por preñez en comparación con las novillas EDAI. Fricke explicó que la disminución del costo por embarazo se debió a la disminución de los días de alimentación. Además, esta disminución del costo cubrió con creces el costo del protocolo CIDR-Synch de 5 días y resultó en una disminución general de $17 en el costo por preñez, en comparación con las novillas inseminadas al estro, después del tratamiento con prostaglandinas.

Momento de la IA: semen sexado versus semen convencional

¿El momento óptimo de IA es diferente para el semen sexado en comparación con el semen convencional? Parece que la respuesta es «sí».

Bombardelli et al. (2016) evaluaron el uso de semen sexado en vacas lactantes con un sistema de monitoreo de actividad en vacas Jersey a IAT en función del aumento de actividad. En general, la P/IA usando semen sexado fue mayor para las vacas Jersey inseminadas entre 23 y 41 horas después del inicio de la actividad, lo cual es más tarde que el momento óptimo para el semen convencional de cuatro a 12 horas (sistema radiotelemétrico) después del inicio de la actividad de pie. (Dransfield et al., 1998) u ocho a 16 horas (sistema de monitoreo de actividad) después del inicio de la actividad (Stevenson et al., 2014).

«La inseminación posterior de vacas de alta producción utilizando semen sexado puede ser óptima para las vacas inseminadas en celo», dijo Fricke. Esto se debe a que la ovulación ocurre más tarde en relación con el inicio del estro en vacas de alta producción a medida que aumenta la producción de leche cerca del momento del estro.

Programa de fertilidad: sincronización óptima de la IA con semen sexado

¿Cuál es el momento óptimo de la IA utilizando semen sexado cuando el intervalo entre el momento de la IA y la ovulación se controla mediante un programa de fertilidad en el primer servicio? Para abordar esta cuestión, Lauber et al. (2020) sometieron a vacas primíparas a un protocolo Doble-Ovsynch para el primer servicio que incluía un segundo tratamiento con PGF2α 24 horas después del primero en la parte del protocolo de reproducción-Ovsynch como lo describen Brusveen et al. (2009).

El último tratamiento con GnRH (G2) varió entre tratamientos y IAT. Para variar el intervalo entre G2 y TAI, las vacas fueron asignadas al azar a dos tratamientos para recibir G2 16 (G2-16) o 24 (G2-24) horas antes de TAI, que se fijó en 48 horas después del segundo tratamiento con PGF2α del programa de reproducción. -Porción Ovsynch del protocolo Double-Ovsynch.

El equipo de investigación encontró que las vacas G2-24 tenían menos P/AI que las vacas G2-16 a los 34 ± 3 días (44% vs. 50%) y 80 ± 17 días (41% vs. 48%) después de la IAT. La pérdida de preñeces y la proporción de sexos fetales no difirieron entre los tratamientos. La inducción de la ovulación más temprana en relación con el IAT después de un protocolo Doble-Ovsynch disminuyó la P/AI en vacas Holstein primíparas, mientras que la pérdida de preñez y la proporción de fetos femeninos no difirieron entre los tratamientos.

Estrategia de inseminación de primer servicio

En un estudio de campo, Lauber et al. (2022) incluyeron 742 vacas Jersey en lactancia, que fueron asignadas al azar según el número de etiqueta auricular y dentro del paridad para su presentación, ya sea al primer servicio después de un protocolo Double-Ovsynch (DO) o a un protocolo para la sincronización del estro con detección del estro dos veces al día (EDAI) utilizando semen Jersey sexado.

¿Los resultados? La media de días desde PGF2α (día 24) hasta IA fue mayor para las vacas EDAI que para las DO, mientras que la proporción de vacas inseminadas fue mayor para las vacas DO que para las EDAI (100% vs. 75%). “Así, el 75% de las vacas en el tratamiento EDAI fueron detectadas en estro e inseminadas, mientras que el 25% de las vacas no fueron detectadas en estro y fueron sometidas a IAT después de un protocolo Ovsynch para el primer servicio”, informó Fricke.

En pocas palabras: este estudio encontró que las vacas Jersey lactantes sometidas a un protocolo DO para IAT en el primer servicio tenían más P/AI para semen sexado y de carne que las vacas inseminadas después de la sincronización del estro.

 

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