Embrapa
Hato de la raza Nelore en la estancia de Embrapa, en la ciudad paulista de São Carlos: secuenciación completa de los genes y proteínas para verificar diferencias individualesEmbrapaSe encuentran en curso en Brasil investigaciones en mejoramiento genético basadas en la identificación y la manipulación de genes y proteínas tendientes elevar la calidad del ganado de corte. El objetivo es desarrollar reses con mayor eficiencia alimentaria –que es la capacidad de transformar lo que comen en carne y grasa–, incremento de peso más rápido, resistencia a enfermedades y parásitos y producción de carne más tierna. La selección de los ejemplares con las cualidades deseadas, inicialmente realizada “a ojímetro”, es decir, con base en características externas de los animales, pasó a contar con la ayuda de la información codificada en los genes. La mayoría de los trabajos se llevan a cabo con la raza Nelore, de la subespecie conocida como cebú (Bos taurus indicus), originaria de la India y que representa alrededor del 80% de la hacienda vacuna brasileña.
Un análisis de las variaciones estructurales y funcionales del genoma Nelore y de su relación con características de producción, tales como la calidad de la carne y la eficiencia alimentaria de la raza, está a cargo de la veterinaria Luciana Correia de Almeida Regitano, investigadora de genética animal de Embrapa Ganadería Sudeste ‒una de las unidades de la estatal Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa)‒, localizada en São Carlos (São Paulo). “El objetivo es comprender los mecanismos moleculares que contribuyen a la variación genética que afecta al fenotipo [el conjunto de características observables de un individuo] del animal”. Con base en este conocimiento, será posible seleccionar animales que posean las variantes favorables o incluso inducir mutaciones en su genoma, a los efectos de mejorar las características de una raza.
Una de las investigaciones del grupo de Correia de Almeida Regitano se refiere al gen KCNJ11. En ratones, la falta de expresión de dicho gen provoca un bajo aprovechamiento de los alimentos y debilidad muscular. “Al investigar la incidencia del mismo en el ganado bovino, encontramos una relación con la terneza de la carne”, explica. “Los animales con menor expresión de ese gen tenían carne más tierna, pero también presentaban menores índices de ingestión de pasto seco y de aumento de peso diario, y una menor tasa de crecimiento. Estos resultados demuestran que al interferir en la expresión de un solo gen se podrían generar tanto resultados positivos como negativos desde el punto de vista del productor.”
En Brasil, estas investigaciones adquieren una importancia especial porque el rebaño nacional es el segundo del mundo, con 215,2 millones de cabezas en números de 2015, detrás de la India, con 330 millones de animales en 2014. Las razas de cebú, que predominan en Brasil, están adaptadas al clima tropical porque son más resistentes a las enfermedades y a las pasturas más débiles. La buena carne, que es tierna, está relacionada con la mayor presencia de grasa, lo que sucede en la subespecie Bos taurus taurus, de origen europeo.
Eduardo Cesar
El chip de ADN bovino es una lámina con sensores para su uso en la determinación de parentesco en un grupo de animales y en la detección de defectos genéticosEduardo CesarLa comparación entre la carne de la raza europea Angus, la más criada en Brasil, fundamentalmente en el sur del país, y la raza Nelore, es una de las formas con miras a entender qué es lo que las hace diferente, aparte de la presencia de una mayor cantidad de grasa en la europea. Y éste fue el objetivo del estudio doctoral del veterinario Rafael Torres de Souza Rodrigues en la Universidad Federal de Lavras, en Minas Gerais. “Pretendemos saber por qué la carne del ganado europeo es más tierna y tiene más grasa intramuscular que la de cebú”. El investigador, ahora posdoctorando en la Universidad de Vale do São Francisco (Univasf), en Petrolina (Pernambuco), hizo la comparación entre los proteomas [los conjuntos de proteínas] de los músculos de esas dos razas inmediatamente después de la faena. “Como las proteínas constituyen la mayor parte del tejido muscular y la actividad de las mismas es responsable del ablandamiento de la carne tras la faena, la diferencia en la abundancia de proteínas específicas entre las dos razas puede explicar por qué la de una es más tierna que la de la otra”, explica De Souza Rodrigues. El investigador encontró evidencias de que la diferencia de terneza de la carne está relacionada con los mismos mecanismos que rigen la apoptosis, la muerte celular programada. Este mecanismo es desencadenado por el estrés celular causado por factores tales como la falta de oxígeno y de glucosa y la caída del pH, que ocurren después tras la muerte del animal.
“En los últimos años, este proceso bioquímico ha sido considerado el responsable de coordinar el ablandamiento de la carne tras la faena”, dice. Actualmente, la diferencia en la terneza de la carne entre reses cebuínas y taurinas se le atribuye fundamentalmente al hecho de que las primeras tienen una mayor actividad de una proteína llamada de calpastatina. “Esta proteína es inhibidora de la actividad de las calpaínas, que son las principales enzimas responsables del ablandamiento de la carne tras la faena”. En su trabajo, De Souza Rodrigues estableció una relación entre esos dos mecanismos: su hipótesis indica que la mayor actividad de esa proteína en cebúes ocurre debido al hecho de que las células musculares de estos animales son más resistentes a la apoptosis. “Lo más interesante es que las principales enzimas que realizan la apoptosis, las caspasas, han sido relacionadas con la degradación de la calpastatina”. Si se comprueba esta hipótesis, dice De Souza Rodrigues, será posible pensar en el desarrollo de técnicas y procedimientos que estimulen en la raza Nelore el proceso de apoptosis en el músculo inmediatamente después de la faena, disminuyendo así el efecto negativo de la calpastatina sobre la calidad de la carne de cebú. “Esto podría hacerse mediante la selección de animales con mayor expresión de genes que codifiquen proteínas y estimulen la apoptosis o bien, mediante un tratamiento que acelere este proceso biológico.”
El chip de ADN
Los estudios de biología molecular que comprenden genómica y proteómica en bovinos se llevan adelante en diversos países, tales como Estados Unidos, Francia, Italia y Australia. Un hito de los estudios genéticos referentes a animales bovinos fue la conclusión de la secuenciación del genoma completo de la vaca en 2009, tarea en la que trabajaron científicos de 25 países, Brasil inclusive, y el posterior desarrollo de metodologías destinadas al análisis y la comprensión de su funcionamiento. Una de las tecnologías que surgieron es la de los marcadores moleculares, los llamados polimorfismos de nucleótido único (SNPs, en inglés). Son variaciones en la secuencia de ADN que permiten diferenciar a los ejemplares de una especie –o una raza en este caso– y pueden estar asociados con ciertas características como la terneza, por ejemplo.
El primer chip brasileño de SNPs para ganado vacuno fue ideado por el grupo del veterinario José Fernando Garcia, docente de la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en su campus de Araçatuba. “Se trata de un test que reúne las condiciones necesarias como para determinar con seguridad, y de manera tal que pueda repetírselo, una gran cantidad de marcadores específicos de ADN asociados con la información que deseamos averiguar en un animal”, explica. De acuerdo con Garcia, como los primeros SNP chips desarrollados en el mundo se elaboraron con base en los genomas de animales de razas taurinas, existía una cierta dificultad en su uso en los trabajos de mejoramiento de las razas cebuínas comunes en Brasil.
Fagner Almeida/ Asociación Brasileña de Angus
Un animal de la raza Angus, de origen europeo: análisis de los genes y proteínas para descubrir por qué su carne es más tierna con relación a los animales de la raza NeloreFagner Almeida/ Asociación Brasileña de AngusEn colaboración con empresas de mejoramiento genético y análisis genómicos como Illumina, de origen estadounidense ‒que posee la tecnología de este tipo de chip‒ Garcia desarrolló, con el apoyo de la FAPESP, un SNP chip con 30 mil marcadores para aplicaciones en razas cebuínas que está en el mercado desde hace algunos años. Los chips son analizados por la empresa Deoxi Biotecnologia, de Araçatuba, que fue adquirida el año pasado por Neogen, de Estados Unidos. En esos dispositivos, una gota de sangre, una muestra de pelo o de carne de un animal resulta suficiente como para generar la cantidad de ADN necesaria para ponerla sobre el chip –una lámina con sensores nanotecnológicos–, que es sometido a un proceso de laboratorio. El precio de cada test oscila entre 100 y 180 reales, dependiendo de la cantidad de SNPs. “Esa tecnología puede utilizarse también para determinar la relación de parentesco en grupos de animales”, afirma Garcia. Y también para la selección genómica, el control de la endogamia, la detección de defectos genéticos y la certificación de productos. El test puede aplicarse en proyectos de investigación para el descubrimiento de genes que podrían explicar fenotipos de interés, tales como la terneza de la carne, la producción de leche, y la resistencia a enfermedades, entre otros.
El mayor conocimiento sobre el ADN y los SNPs ha llevado al desarrollo de la llamada “edición genómica”, realizada con técnicas biotecnológicas entre las cuales se incluye una herramienta relativamente nueva, el Conjunto de Repeticiones Palindrómicas Regularmente Espaciadas (Crispr-Cas9), que permite la introducción de mutaciones dirigidas en el genoma de un ser vivo. “Con esta técnica, si se identificase a un toro con características de producción excepcionales como portador de una enfermedad hereditaria, sería posible producir un clon de dicho animal pero sin ese problema, con la corrección de la secuencia del gen ligada a la dolencia”, explica Correia de Almeida Regitano, de Embrapa. Las técnicas de edición genómica también hacen posible que mutaciones beneficiosas en el gen de un ejemplar puedan introducirse en el ADN de otro. Un ejemplo de esta aplicación proviene de Estados Unidos, donde se produjeron dos terneros mochos (sin cuernos) de la raza holandesa mediante la inducción de una mutación en el gen que controla el desarrollo de los cuernos.
El grupo de Correia de Almeida Regitano describió también diferencias en el perfil genético de animales con mejor y peor desempeño para 10 características de producción, apuntando genes y vías metabólicas que tienen potencial para controlar las diferencias entre los ejemplares, además de las variaciones de la cantidad de copias de regiones del genoma (CNV) con efectos sobre la terneza de la carne. En un proyecto anterior, se realizó un seguimiento con 800 novillos desde la concepción hasta la faena (lea en Pesquisa FAPESP, edición n° 179), y su ADN se analizó con referencia a más de 700 mil marcadores tipo SNP, lo que resultó en la identificación de regiones del genoma que influyen en la manifestación de esos 10 atributos.
Para el estudio más reciente, la investigadora utiliza un hato de la propia Embrapa con 200 animales de raza Nelore extraídos del grupo anterior de novillos. Todos pasaron por la secuenciación completa de los genes y las proteínas que están “funcionando” en el músculo al momento de la faena. “En nuestros estudios ya detectamos varios genes que pueden ser objeto de la edición del genoma”, comenta Correia de Almeida Regitano. Embrapa Ganadería Sudeste realiza esos estudios en colaboración con Embrapa Informática, con sede en la ciudad de Campinas, la Universidad de São Paulo (USP) y las universidades estadounidenses de Iowa y de Misuri, además de la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), de Australia. La investigadora afirma que también es posible vislumbrar otras aplicaciones, tales como la utilización de nutrientes o de fármacos que activen o inhiban los procesos genéticos.
Proyectos
1. Bases moleculares de la calidad de la carne en ganado bovino de la raza Nelore (nº 12/23638-8); Modalidad Proyecto Temático; Investigadora responsable Luciana Correia de Almeida Regitano (Embrapa); Inversión R$ 2.688.295,06
2. Estudios de asociación genómica de las características reproductivas de toros cebuínos (Bos indicus) utilizando un SNP chip de alta densidad (nº 10/52030-2); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable José Fernando Garcia (Unesp); Inversión R$ 338.482,64
Artículos científicos
RODRIGUES, R. T. S, et al. Differences in beef quality between angus (Bos taurus taurus) and nellore (Bos taurus indicus) cattle through a proteomic and phosphoproteomic approach. PLOS ONE. v. 12, n. 1. ene. 2017.
SILVA, V. H., et al. Genome-wide detection of CNVs and their association with meat tenderness in nelore cattle. PLOS ONE. v. 11, n. 6. jun. 2016.
TIZIOTO, P. C. et al. Gene expression differences in longissimus muscle of nelore steers genetically divergent for residual feed intake. Scientific Reports. Publicado online el 22 dic. de 2016.
ZHOU, Y. et al. Genome-wide CNV analysis reveals variants associated with growth traits in Bos indicus. BMC Genomics. v. 17, p. 419. jun. 2016.
