¿Qué caminos abre la nutrigenómica para el ovino y qué relación tiene con el desarrollo de la genómica?

SEMINARIO INTERNACIONAL:

‘La genómica desde un punto de vista práctico’

Josep Roquet. Veterinario y director técnico de Alltech Spain

Para poder trabajar en nutrigenómica, es imprescindible poder conocer el genoma completo. Hasta el año 2003 no se conoce el genoma humano, mientras que en 2004 se consigue el pollo y, a partir de ahí, aparecen genomas completos de otras especies: porcino, vacuno... Es la base para poder trabajar en este campo.

QUÉ ES

La nutrigenómica estudia el modo en el que los nutrientes afectan a los genes, es decir, describe las interacciones entre dieta y genes. Así, cantidades ínfimas de un nutriente pueden afectar mucho a la expresión de los genes, por lo que es un campo muy interesante.

De hecho, no es una única ciencia, ya que hay tres ramas de esta ciencia: genómica, proteómica y metabolómica. La genómica es el estudio de los genes, la proteómica va un paso más allá y estudia las proteínas derivadas de la expresión de sus genes y la metabolómica estudia los metabolitos resultantes de estas proteínas que se han sintetizado. El hecho de poder estudiar estas tres ramas permite dar una visión mucho más completa de lo que está ocurriendo. Así, una de las principales ventajas de la nutrigenómica es que permite entender rutas metabólicas que hasta ahora no se entendían, por lo que nos permitirá actuar sobre ellas.

Se debe hacer una distinción importante entre nutrigenómica y nutrigenética. La nutrigenética es una ciencia que estudia las variantes genéticas asociadas a diferentes respuestas. La nutrigenómica estudia la respuesta de una población general a un nutriente concreto. La nutrigenética se está aplicando mucho en humana, pero en veterinaria no se está trabajando.

CÓMO FUNCIONA

La nutrigenómica se basa en un ADN llamado PO, del que conocemos la secuencia genética. Así, el ADN produce un ARN, un intermediario, durante el proceso denominado transcripción. Ese ARN, sintetiza unas proteínas durante un proceso de traslación. Estas proteínas son las que van a tener un efecto metabólico. Son distintas proteínas con una función biológica en el organismo.

A partir del mapeo genético, se crean los chips genéticos. Contienen fragmentos de ADN conocido, sintetizados mediante nanotecnología, que corresponden a genes que están situados en puntos específicos del ADN y hace que el ARN se junte con el ADN para comprobar qué genes se expresan y cuáles no se expresan. O mejor dicho, cuáles se expresan más y cuáles se expresan menos.

En un ejemplo práctico, si trabajamos con ratones, se pueden tener grupos de animales a los que se da un nutriente concreto. Se coge el tejido que se quiere estudiar, por ejemplo si queremos comprobar si una planta o un extracto vegetal tiene algún efecto intestinal, y se extrae una parte del intestino para extraer el ARN mensajero y lo marcan con inmunofluorescencia. Una vez que está marcado, se pone en los chips genéticos. Los ARN que se corresponden con el ADN van a dar una imagen fluorescente, por lo que se sabe el gen que se está activando. Se pasa a través de programas informáticos, se hace un análisis de la imagen de datos, se hace un análisis estadístico y se pueden reconocer los genes que están aumentando su expresión o disminuyéndola por el extracto vegetal que se ha introducido.

El inconveniente que tenemos en la actualidad para el desarrollo de la nutrigenómica son los chips genéticos. Hay millones de genes, de los que muchos no sabemos cuál es su función, y se tienen que ir desarrollando chips genéticos para analizar diferentes tejidos.

La tecnología de microformación de ADN, porque están los genes ordenados en el chip, evalúa la actividad de miles de genes con un solo experimento y nos dice qué genes aumentan su expresión, cuáles la disminuyen y cuáles no se ven afectados. Con toda esta información, se pueden sacar una serie de conclusiones.

El problema principal es la interpretación de los datos, por lo que se agrupan los genes por familias, pero siempre se tiene un porcentaje de genes que no se sabe qué ocurre con ellos, pero que tenemos que ir descubriendo. Es la asignatura pendiente que tiene esta tecnología.

La cantidad enorme de datos que genera este tipo de análisis ha creado por sí misma la necesidad de desarrollo de una nueva ciencia: la bioinformática. Es una ciencia nueva que se ha creado únicamente para poder entender toda esta información, poder procesarla y sacar conclusiones. Se hacen análisis estadísticos, de la cantidad de veces que cada gen aumenta su expresión... todo ello supone una cantidad de cálculos matemáticos espectaculares, así como poder descubrir las rutas metabólicas derivadas, que se active un gen o cómo la activación de diferentes genes se relaciona entre ellos... Hay muchos pasos y procesos metabólicos que no se conocían y que ahora se están descubriendo gracias a esta tecnología. Nos va a permitir teóricamente ser mucho más precisos en la regulación de estos genes. Si se quiere mejorar la capacidad de digestión de carbohidratos o la capacidad de utilización de los carbohidratos en un animal, podremos ir actuando sobre el punto concreto de esta ruta metabólica en el que mayores resultados vamos a tener.

Por lo tanto, la estrategia nutrigenómica se resume como, a partir del chip genético, se hace la hibridación con ARN, se realiza un escaneado del ARN marcado con inmunofluorescencia y se somete a un análisis bioinformático que va a aportar información sobre la función biológica de ese nutriente específico.

PARA QUÉ SIRVE

Hay varias aplicaciones prácticas de la nutrigenómica.

■ Nutrición y salud humana

Es en el aspecto que más se ha trabajado en la nutrigenómica. La segunda especie es la porcina, pero no sólo por el interés de la industria porcino, sino sobre todo porque es un modelo que se utiliza mucho para humana. A partir de ahí, los genetistas y nutrólogos de porcino juegan con ventaja respecto a otras especies en las que estamos más atrasados en este campo.

Un ejemplo de la aplicación en humana son los genes marcadores de daños al ADN, algo que está directamente relacionado con la aparición de cáncer. Se trata de variaciones, mutaciones... Se sabe que hay genes que marcan que ya hay daños en el ADN antes de aparecer el cáncer. En concreto, se ha visto que las personas deficientes de selenio tienen mayor expresión de estos genes marcadores, por lo que hay una mayor propensión. Si se aporta un selenio inorgánico o levaduras selenizadas, esta segunda opción es mucho más efectiva para bajar la activación de los genes. Este estudio realizado en ratones indica que en animales de mediana edad no hay mucha diferencia entre las dos formas de administración, pero en ejemplares de edad ya avanzada, sólo es efectivo el selenio aportado en levaduras. Un mismo nutriente, presentado de una manera o de otra, puede varias bastante la expresión de los genes.

El objetivo futuro podría ser una nutrición a la carta. Se trata de realizar un análisis genómico a una persona, saber qué genes son sensibles y cuáles se van a activar según los nutrientes y se podría conseguir que esa persona evite los nutrientes específicos que le van a provocar alteraciones que favorecerán la aparición de cáncer.

■ Efectos de nutrientes

En un trabajo realizado por la empresa Alltech con levadura selenizada, se observó que unos experimentos encaminados a mejorar la fertilidad y el estatus inmunitario de los animales, pero apareció un aumento de la producción de leche en dos rebaños distintos, algo que era totalmente inesperado. Se hizo el estudio nutrigenómico y se comprobó que una gran cantidad de genes relacionados con el metabolismo de los carbohidratos estaban activados debido a la aplicación de esta levadura selenizada. Incluso, permitió descubrir en qué puntos concretos de rutas metabólicas estaban actuando estos nutrientes específicos.

■ Estudio de rutas metabólicas

En otro estudio realizado con selenio en gallinas ponedoras, los animales que habían comido la levadura selenizada daban un porcentaje mucho mayor de pollos nacidos. En el número de huevos puestos no había mucha diferencia, pero sí en la supervivencia de esos animales. A partir de ahí, se buscó cómo actuaba este nutriente específico para influir en la supervivencia de los pollos. Se observó que aumentaba la cantidad de FSH, que favorecía la aparición de la proteína kinasa A, que se aumentaba tanto por el selenio de forma inorgánica como levadura selenizada. Cuando se avanzó en la ruta metabólica, el selenio inorgánico ya no es efectivo en otras proteínas, que son las responsables de la actividad de las células de la granulosa del ovocito. Con un nutriente y mediante la aplicación de estas técnicas de nutrigenómica, se consiguió descubrir la ruta y cómo realiza su función ese nutriente específico.

En un estudio realizado en ovino por la Universidad de León, se estudiaron los motivos por los que se produce la depresión de la grasa en leche en animales alimentados con aceite muy insaturados, en este caso el aceite de pescado. Estos investigadores lograron descubrir toda la ruta metabólica y los genes que estaban afectados en cada uno de los puntos por poner aceite de pescado en la dieta de los animales. Igualmente, se pueden conseguir productos o nutrientes que alteren esos genes y no se produzca la disminución de la grasa en la leche.

■ Interacciones flora microbiana - huésped

Se trata de un aspecto vital en los rumiantes. El rumen es un ‘saco cerrado’, del que se sabe únicamente el 1% o el 2% de lo que ocurre. De hecho, la mayoría de las bacterias que se encuentran en el rumen son incultivables, se sabe que están por PCR. Estas tecnologías nos permitirán entender cómo funciona exactamente el rumen, cómo interaccionan las bacterias entre ellas y lo más importante es cómo interaccionan las bacterias con el huésped, porque también se ha demostrado que hay una interacción entre el ecosistema microbiológico ruminal y el huésped.

En humano, se ha observado que el tipo de flora que hay en el colon de una persona está relacionada con la aparición de obesidad y el síndrome del intestino hemorrágico de esas personas. En rumiantes, donde el ecosistema microbiano es mucho más importante que en un monogástrico, abre un campo de estudio y de trabajo muy grande.

■ Estudio de aditivos

Es un campo en el que ya se ha trabajado bastante. De hecho, la levadura selenizada es considerada como un aditivo por la administración.

En el estudio de los aditivos, el enfoque tradicional supone que necesitamos muchos animales para tener datos estadísticos fiables, muchas horas de trabajo realizando esos estudios y durante bastante tiempo... con una consecución de resultados relativamente pobre en comparación con la cantidad de trabajo que supone este tipo de estudios. Sin embargo, el enfoque nutrigenómico permite trabajar con menos animales y menos mano de obra, y obtener una gran cantidad de resultados de una forma inmediata. Es un enfoque más práctico y rápido.

En un estudio realizado de efectos de diferentes aceites esenciales sobre perfiles genómicos o sistemas metabólicos en pollos, el ‘cinnamaldehyde’ afecta al ciclo del ácido cítrico, pero sí se quiere un efecto sobre la fructosa o la manosa, ninguno de los productos estudiados va a funcionar. Así, permite enfocar claramente al objetivo, sin estar perdiendo tiempo en hacer numerosas pruebas. Con aceites esenciales, se hacían las pruebas con una cuarentena de productos y estar cinco años trabajando. Con la nutrigenómica se puede hacer en horas, lo que cambia el panorama de investigación de una forma espectacular.

Además, la fiabilidad del resultado final también es mucho mayor.

■ Trazabilidad y detección de contaminantes

Se puede aplicar en la nutrición, tanto humana como animal. Cada producto nocivo deja una marca, o una ‘firma’ específica, en el genoma de la persona o animal afectado. Conociendo familias de tóxicos, se puede buscar un producto dentro de un pienso o de un forraje que tenga la misma firma, lo que permite identificar rápidamente el tóxico. Permite un análisis mucho más rápido y directo.

No sólo permite identificar la muestra, sino marcar claramente cuáles son los niveles máximos tolerables de esos contaminantes. Al dejar una firma muy clara, se puede observar hasta qué niveles se están expresando esos genes sin llegar a niveles de toxicidad.

■ Marcadores de estatus nutricional y/o deficiencias

Los estudios de requerimientos de minerales y vitaminas de cualquier especie son muy variables, dependiendo del estado fisiológico del animal, del tipo de nutriente que se aporte... Son muchas variables que provocan que se den unas recomendaciones aproximadas, pero que carecen de bastante exactitud. En las genéticas modernas, con ovejas que se encuentran produciendo el doble de leche que hace quince años, es probable que sus requerimientos sean los mismos, pero realmente nadie los ha estudiado porque son trabajos caros y pocos fiables. La nutrigenómica permite llegar a conclusiones mucho más efectivas y más exactas. Incluso se puede diferenciar por genética, por estudios fisiológicos...

En un estudio realizado en vacuno de leche, se observa cómo se expresan diferentes grupos de genes (carbohidratos, metabolitos de grasas...) en vacas que antes del parto se han alimentado ‘ad libitum’ o se han alimentado restringidas. En el momento que paren, según la alimentación que han tenido en el preparto, van a tener un perfil metabólico muy distinto.

Este tipo de estudios también debería permitirnos desarrollar estrategias específicas de manejo de estos animales, para conseguir que el perfil metabólico en el postparto sea el más adecuado posible o el más idóneo para conseguir la máxima producción.

■ Epigenética y nutrición programada

La epigenética es un campo muy interesante. En los primeros estudios que se hicieron de epigenética, se observó que las mujeres nacidas de madres que quedaron gestantes durante la Segunda Guerra Mundial, al llegar a una edad adulta tenían una mayor tendencia a padecer obesidad y diabetes. Curiosamente, eran hijas de madres que pasaron una etapa de penuria o malnutrición. De esta forma, se descubrió que hay regiones cromosómicas que, siendo idénticas, se comportan de forma diferente si vienen del padre o de la madre. También se ha comprobado que algunos genes pueden silenciarse para controlar el desarrollo del feto. Este efecto puede perdurar tres generaciones y tiene consecuencias en la vida futura del individuo. Además, puede ocurrir en fases tempranas de la vida del animal. De hecho, se ha comprobado cómo cambia el mapa metabólico en cuestión de un día.

Alltech hizo un experimento en lo que hemos denominado ‘nutrición programada’. Se intenta programar el mapa genético del animal para que se comporte en crecimiento y desarrollo en función de nuestros intereses. Se hizo con pollos, porque es el animal que más se puede influenciar al no ser mamífero y no tomar leche. A un grupo de animales durante las primeras 96 horas de vida se les dio una dieta específica. Al grupo de control se le dio una dieta normal. Posteriormente, los animales de los dos grupos comieron la dieta normal a partir de las 96 horas. Por último, se les dio una dieta de finalización especial para observar si había sido efectiva la alimentación específica que se había dado a los pollos. Cuando se hizo el mapeo genético a los 21 días de vida, se observó que 248 genes se expresaban de forma diferente si habían sido condicionados o si no lo habían sido. La mayoría de ellos estaban relacionados con metabolismo de carbohidratos, proteínas ligadoras de zinc y aprovechamiento de calcio y fósforo. La melationina es uno de los genes que más se vio inhibido y la metalotioneína es una proteína que liga el zinc y evitando que se acumule en el cuerpo, por lo que consigue que no se convierta en tóxico. Cuanto menos melationeína se tiene, mejor se absorbe el zinc. También aumentaron los genes encargados de crear transportadores del zinc a través de la membrana epitelial del intestino, la barrera mucosa disminuyó... En los animales que se dejaron hasta los 42 días de vida antes de proceder al sacrificio, se hizo la prueba de la digestibilidad de nutrientes. Los animales con la dieta control tenían una determinada digestibilidad de calcio y fósforo, mientras que a los animales que se les dio el suplemento en la segunda fase, pero que no habían hecho las primeras 96 horas de acondicionamiento, tuvieron una digestibilidad muy similar, mientras que tuvieron la fase de acondicionamiento prácticamente duplicaron la digestibilidad del calcio y del fósforo. Estos resultados perduraron 42 días después de haber actuado sobre la expresión de esos genes. Los animales tuvieron un coste de reposición similar, pero la calidad de la carne, el color, el goteo, la duración de la carne... fueron muy diferentes. No sólo se mejoró la capacidad de absorción de los animales y hubo un aumento del 2% en la digestibilidad de la dieta en general, sino que la calidad de la carne era superior.

Estos resultados nos permitirían, en el caso de contaminaciones medioambientales, bajar de forma considerable la cantidad de microminerales que pueden ser tóxicos para el medio ambiente.

En un estudio realizado en ovino, a ovejas gestantes se les dio diferentes nutrientes: alfalfa, heno ‘ad limitum’, grano de maíz o granos de destilería. Se observó que algunos fetos tenían muchas más células musculares que otros. Se supone que si en esa fase a final de gestación había muchas más células, probablemente esos animales en su edad adulta tendrían un mayor rendimiento de la canal y un mayor diámetro, con piezas apreciadas. Además, animales que comían DDGS ricos en grasa también tenían el metabolismo alterado por las grasas y había una mayor expresión de genes de síntesis de grasas. Se puede realizar en la gestación de los animales. Es decir, lo que se da de comer a las ovejas tiene consecuencias en cómo se desarrollan los hijos: si van a tener más tendencia a engrasar, más rendimiento en la canal...

CONCLUSIONES

La nutrigenómica es una ciencia recién nacida. Así, la genómica necesita evolucionar y desarrollarse, ya que todavía quedan por identificar muchas de las secuencias de genes y cuáles son sus funciones. También falta relacionar mejor la expresión de los genes con la expresión de las proteínas y de su actividad fisiológica. Pero ya es capaz de aportarnos una rápida valoración de estrategias nutricionales novedosas, nuevas herramientas para mejorar la eficiencia de la producción animal, mejoras en sanidad animal y mayor seguridad para el consumidor.

La nutrigenómica es la base para encontrar los avances en un futuro próximo. Aunque es una tecnología que está empezando, es muy prometedora.