En el pasado, los métodos tradicionales disponibles para la mejora productiva de los cerdos tales como la valoración visual, que evalúa a los cerdos en función de su apariencia, y la selección genómica que utiliza marcadores genéticos para identificar genes que afectan a rasgos como el crecimiento, el tamaño de la camada y la eficiencia alimenticia permitieron el desarrollo de una gama de razas de cerdos superiores, como las razas blancas de alto rendimiento reproductivo, las razas obscuras con excelentes características de calidad de canal, y actualmente de líneas tolerantes y/o resilientes a ciertas enfermedades, retos de manejo y medio ambientales.
Sin embargo, estos métodos son lentos, y no siempre exitosos.
Figura 1. Pirámide genética de la producción porcina.
Actualmente, el rápido desarrollo de la biotecnología ha permitido importantes avances en diferentes ámbitos incluyendo la medicina y las producción agropecuaria.
Estas metodologías permiten cambiar parte del genoma de un ser vivo, entre otros, bacterias, virus, planta, y animales con el fin de mejorar, inhibir o modificar algunas de sus características, obteniendo un organismo transgénico o un organismo editado genéticamente.
Antes de continuar, es importante conocer la diferencia entre ambos conceptos ya que no significan lo mismo.
Un organismo transgénico es aquel al que se le ha añadido un gen externo, por el contrario, un organismo editado genéticamente es aquel que ha sufrido un cambio en su secuencia genética, ya sea eliminando un gen o modificándolo, con el fin de que pueda inhibirse, aumentar su función o cambiarla, pero en ningún momento se añaden genes externos. Se trata de técnicas que editan genes pero que no incorporan genes externos, por lo que, nuevamente, no generan un organismo transgénico.
El primer animal transgénico se obtuvo en 1980 cuando el Dr. Jon W. Gordon y sus colaboradores de la Universidad de Yale determinaron que un embrión de ratón en fase de célula podía incorporar material genético exógeno en sus cromosomas.
Paralelamente, otro grupo de investigadores descubrieron ciertas proteínas responsables de que el virus del síndrome reproductivo y respiratorio porcino (vPRRS por sus siglas en inglés) accediera y, posteriormente, infectara los pulmones de los cerdos.
Es entonces cuando el Doctor Rowland y sus colaboradores hipoteizan que la entrada viral eficiente depende de las interacciones con los receptores celulares, en este caso,el CD163, un receptor eliminador rico en cisteína que se encuentra en los macrófagos alveolares porcinos (MAP, por sus siglas en inglés). Actualmente, numerosos estudios han comprobado la función esencial del CD163 en la infección por el vPRRS.
Figura 2. Visión general de la edición del genoma en el cerdo. Se muestran dos formas de generar cerdos editados con genoma: la inyección de embriones de nucleasas modificadas y la transferencia nuclear de células somáticas. En el proceso de edición del genoma, las nucleasas modificadas inducen un DSB en el sitio objetivo. La reparación posterior del ADN por las vías NHEJ y HDR puede introducir knockout y knockin específicos del sitio, respectivamente, en el genoma del cerdo.Yang H and Wu Z (2018) Genome Editing of Pigs for Agriculture and Biomedicine. Front. Genet. 9:360. doi: 10.3389/fgene.2018.00360
Actualmente, las investigaciones de edición genética en la especie porcina tienen cuatro objetivos principales:
- Producir animales resistentes a diferentes enfermedades de impacto productivo y económico
- Mejorar la ganancia de peso diaria, con la consecuente disminución de la conversión alimenticia
- Obtener animales transformados en biorreactores de proteínas humanas en la glándula mamaria
- Producir órganos aptos para su trasplante en seres humanos
Como es bien conocido por todos los que laboramos en la industria porcina, el PRRS es una enfermedad viral que afecta al sistema reproductivo y respiratorio de los cerdos. Y que, hoy por hoy es una de las infecciones virales más costosas en todos los países en donde está presente.
Específicamente, los beneficios de los cerdos transgénicos resistentes al PRRS se resumen en:
- Mayor bienestar animal.
- Mayor productividad a un menor costo.
- Suministro constante de proteína inocua y de alta contenido proteico a la cadena alimenticia mundial.
Esta tecnología inicia en la especie porcina hace ya más de 20 años con una investigación realizada en la Universidad de Missouri por el Dr. Bob Rowland y su equipo.
Ellos publicaron un artículo sobre la eliminación de una proteína mediante la edición genética en cerdos, esto con el objetivo que sus órganos pudieran utilizarse para el trasplante en humanos.
Actualmente existen una gran variedad de técnicas de edición genética, pero las principales y más utilizadas son:
- CRISPR-Cas9
- TALEN
- ZFN
Estas tecnologías permiten agregar, quitar o alterar material genético en ciertos lugares del genoma. Uno de los más utilizados es el CRISPR-Cas9 (abreviatura de “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas asociada a la proteína 9”).
Además, la CRISPR/Cas9 se ha utilizado ampliamente en cerdos como una de las herramientas en la investigación biomédica para modelar enfermedades humanas y mejorar el trasplante de órganos.
La CRISPR-Cas9 se adaptó de un sistema de edición del genoma natural que las bacterias utilizan como defensa inmunitaria (Fig. 3). Cuando se infectan con un virus, las bacterias capturan pequeños fragmentos de ADN de virus invasores y los insertan en su propio ADN en un patrón particular para crear segmentos conocidos como arreglos CRISPR.
Los arreglos CRISPR permiten que las bacterias recuerden a los virus, o a virus estrechamente relacionados. Si los virus atacan de nuevo, las bacterias producen segmentos de ARN a partir de los arreglos CRISPR para reconocer y adjuntar regiones específicas del ADN de los virus. Entonces, las bacterias usan la Cas9 o una enzima similar para cortar el ADN desactivando así al virus.
Figura 3. CRISPR + fragmentos de ADN de E. coli.
Los investigadores adaptaron esta defensa inmunitaria para editar el ADN (Fig. 4). Ellos crean una pequeña pieza de ARN con una secuencia “guía” corta que se une a una secuencia objetivo-específica de ADN de una célula, parecido a los segmentos de ARN que las bacterias producen a partir del arreglo CRISPR.
Este ARN guía también se une a la enzima Cas9. Cuando se introduce en las células, el ARN guía reconoce la secuencia de ADN deseada y la enzima Cas9 corta el ADN en la ubicación objetivo, reflejando el proceso en las bacterias.
Aunque la Cas9 es la enzima que se usa con más frecuencia, también se pueden usar otras enzimas, como la Cpf1. Una vez que se corta el ADN, los investigadores utilizan la propia maquinaria de reparación de ADN de la célula para agregar o borrar piezas de material genético, o para realizar cambios en el ADN reemplazando un segmento existente con una secuencia personalizada de ADN.
Figura 4. Funcionamiento de la CRISP-CAS9
La tecnología CRISPR-CAS9 se ha utilizado y se refinando para modificar a los cerdos para hacerlos resistentes a las enfermedades como son:
- El Síndrome Reproductivo y Respiratorio Porcino. En este caso la CRISPR-CAS9 se ha utilizado para desactivar a un receptor en las células de cerdo, el CD163, que se encuentra en los dos genotipos del vPRRS y que éste utiliza para entrar a los macrófagos e iniciar la infección.
- La Fiebre Porcina Africana donde los investigadores trabajan para utilizar la CRISPR-CAS9 para introducir una variación en el gen RELA que hace que los cerdos sean más resistentes a esta enfermedad.
- Las infecciones por coronavirus donde la CRISPR-CAS9 se ha utilizado para editar un receptor del virus de la gastroenteritis transmisible
- Mejorar el crecimiento alterando el gen de la miostatina porcina (MSTN, por sus siglas en inglés), que regula el crecimiento muscular.
- Y para inactivar el retrovirus endógenovporcino (PERV) en cerdos.
Sin embargo, no todo es perfecto, hoy, los desafíos de estas tecnologías son:
Viendo hacia el futuro, la edición genómica basada en nucleasas ha revolucionado creación de cerdos modificados genéticamente, ampliando así su utilización en diversos campos de investigación. El proceso regulatorio se encuentra en transición a nivel mundial, tanto para los productos que se consumen localmente como para los que ingresan al mercado de exportación.
Se necesita tiempo para que la genética se multiplique en el sistema de producción de carne de cerdo y llegue a los productores comerciales de carne de cerdo.
Esto puede estar en el rango de 3.5 a 6 años después de la aprobaciónpor parte de las agencias reguladoras internacionales.
Y finalmente, la mayoría de los consumidores no están familiarizados con la edición genética y aquellos que están familiarizados tienen algún nivel de preocupación o preguntas sobre su uso en productos porcinos.
Sin embargo, la aceptación de la edición genética por parte de los consumidores puede cambiar con una mayor educación y comprensión de los beneficios de la aplicación en los sistemas de producción una vez que los productos estén disponibles comercialmente.
En el caso de los ingredientes elaborados con productos biotecnológicos, un estudio de McKinsey & Company de 2024 informó de que la mayoría de los consumidores estaban dispuestos a probar alimentos y bebidas percibidos como más saludables, con mejor o igual sabor y más sostenibles que las opciones tradicionales.
El futuro dirá…
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