Porcisapiens
Para leer más contenidos de porciSapiens Octubre 2021
A lo largo de las últimas décadas, la selección porcina se ha focalizado, principalmente, en la mejora de la eficiencia productiva, obteniendo grandes progresos genéticos en caracteres como el crecimiento, el índice de conversión o la prolificidad en las líneas maternas. No obstante, otros caracteres como los relacionados con la salud animal han tenido un menor protagonismo en los programas de mejora genética porcina, a pesar de que la salud animal es un determinante principal de la productividad, el bienestar animal y la rentabilidad de las granjas porcinas.
En el contexto actual, la restricción del uso profiláctico de antimicrobianos en producción animal, debido al incremento de resistencias a los antibióticos, unido a las demandas de los consumidores de productos más saludables, nutritivos y obtenidos en sistemas de producción más sostenibles, representan nuevos desafíos para la industria porcina.
| En este escenario, incorporar caracteres relacionados con la salud animal en los programas de selección genética con el fin de producir poblaciones porcinas más robustas y resilientes es un objetivo prioritario para la sostenibilidad futura de la producción porcina. |
Tradicionalmente, las aproximaciones en mejora genética para incrementar la robustez y la resistencia a enfermedades se han basado en [registrados]métodos directos e indirectos1.
EN LA APROXIMACIÓN INDIRECTA, LOS CARACTERES DE INMUNIDAD PUEDEN CONSIDERARSE PARÁMETROS BIOLÓGICAMENTE RELEVANTES PARA MEDIR LA INMUNOCOMPETENCIA1, PERO SE REQUIERE UN CONOCIMIENTO DETALLADO DE LOS DIFERENTES COMPONENTES DEL SISTEMA INMUNITARIO PORCINO
| EL SISTEMA INMUNITARIO PORCINO El sistema inmunitario innato es la primera línea de defensa del hospedador frente a agentes infecciosos y reconoce una amplia gama de patógenos a través de un conjunto restringido de receptores de reconocimiento de patrones. Por este motivo, los caracteres de inmunidad innata se perfilan como interesantes objetivos de selección para mejorar la resistencia a enfermedades. Las diferencias entre razas observadas para estos caracteres ya hacían presuponer que tienen, en parte, un componente genético. Estudios genéticos realizados con distintas poblaciones porcinas:
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IRTA
CON LA MIRADA PUESTA EN LA
INMUNOGENÉTICA Y LA
MICROBIOTA PORCINA
Durante los últimos años, nuestro grupo de investigación del IRTA ha puesto en marcha una línea de investigación en inmunogenética para dar respuesta a todos estos retos desarrollando, a medio plazo, estrategias que permitan obtener poblaciones porcinas más robustas y resistentes a enfermedades.
En el proyecto IMMUPIGEN, desarrollado a lo largo de los últimos 3 años, se ha abordado el estudio del determinismo genético de la inmunocompetencia en cerdos sanos, así como su relación con el rendimiento productivo y el bienestar de los animales. Se estimaron los parámetros genéticos. Se identificaron regiones del genoma y genes candidatos asociados a la variación fenotípica de caracteres de inmunidad y hematológicos, y parámetros de estrés.
En paralelo, también hemos llevado a cabo el análisis de la microbiota intestinal y su relación con los diferentes caracteres de salud en el marco del proyecto PIGBIOTA.
PROYECTO IMMUPIGEN
DETERMINISMO GENÉTICO
DE LA INMUNOCOMPETENCIA
En el presente artículo mostraremos algunos de los resultados sobre la determinación genética de 30 caracteres relacionados con la salud animal en una población de 432 animales sanos (217 machos y 215 hembras) de 8 semanas de vida, pertenecientes a una línea comercial Duroc de la empresa Selección Batallé.
Se estimaron los parámetros genéticos.
Se identificaron regiones del genoma y genes candidatos asociados a la variación fenotípica de caracteres de inmunidad y hematológicos, y parámetros de estrés.
DETERMINACIÓN DE CARACTERES RELACIONADOS CON LA SALUD ANIMAL – FENOTIPOS DE INMUNIDAD, PARÁMETROS HEMATOLÓGICOS E INDICADORES DE ESTRÉS
PARÁMETROS HEMATOLÓGICOS
La determinación de los parámetros hematológicos se llevó a cabo mediante el análisis del hemograma a partir de muestras de sangre recogidas con EDTA. Estos parámetros hematológicos (Tabla 1), que sirven para monitorizar el estado fisiológico y sanitario de los animales, incluyen:
Los contajes de glóbulos rojos, glóbulos blancos o leucocitos (linfocitos, monocitos, y granulocitos) y plaquetas.
Otros caracteres relacionados con el volumen corpuscular o la concentración de hemoglobina.
FENOTIPOS DE INMUNIDAD Y PARÁMETROS DE ESTRÉS
La determinación de los fenotipos de inmunidad y parámetros de estrés se llevó a cabo en los laboratorios del IRTA (Tabla 1).
Principalmente, se determinaron fenotipos de inmunidad innata a partir del suero, como las proteínas de fase aguda haptoglobina (Hp) y proteína C reactiva (PCR) que se inducen durante los procesos inflamatorios, o el porcentaje y capacidad fagocítica de algunas células inmunitarias, así como la producción de óxido nítrico (ON), mediador crítico de la actividad citotóxica de los macrófagos.
En cuanto a la inmunidad humoral específica, se midieron las concentraciones de inmunoglobulinas (anticuerpos) en sangre y saliva.
Las IgA, IgG e IgM se midieron a partir de muestras de plasma. La IgA se cuantificó también en saliva (IgAsal), ya que es el anticuerpo predominante en las secreciones de las mucosas.
Por último, se cuantificó la subpoblación de linfocitos T ƴδ.
En los cerdos, esta subpoblación de células T se encuentra enriquecida en la sangre y desempeña funciones importantes en la interfaz entre la inmunidad innata y la adaptativa.
Para la determinación de la población de linfocitos ƴδ, se extrajeron los PBMCs a partir de sangre con heparina el mismo día de recogida de las muestras. Al día siguiente, se procedió a la determinación mediante citometría del porcentaje de linfocitos T ƴδ y los fenotipos de fagocitosis, que se determinaron a partir de sangre total recogida con heparina (Figura 1).
La determinación del resto de fenotipos y parámetros de estrés se realizó mediante ELISA y tests colorimétricos. Por último, se determinaron las concentraciones de cortisol (CORT) en pelo extraído de la región dorsal, un indicador del estrés crónico de los animales.
PARÁMETROS GENÉTICOS – ¿LA SALUD DE UN CERDO ES HEREDABLE?
Una vez generados los fenotipos de inmunidad, hematológicos y de estrés, se realizó un primer análisis descriptivo para evaluar su distribución y se analizaron los datos con distintos modelos lineales con el fin de evaluar los efectos sistemáticos (sexo, lote, día de análisis en el laboratorio) que debían ser considerados en posteriores análisis.
HEREDABILIDAD
| El siguiente paso consistió en testar el determinismo genético de los caracteres de inmunidad estimando su heredabilidad (h2) y las correlaciones genéticas entre ellos mediante máxima verosimilitud restringida (REML) considerando la genealogía de cinco generaciones. La Tabla 2 muestra algunos estadísticos descriptivos, así como las estimaciones de heredabilidad, de los fenotipos de inmunidad, hematológicos y de estrés analizados. |
Los fenotipos con mayor variación fueron las proteínas de fase aguda (PCR y Hp), seguidos del porcentaje de linfocitos fagocitarios (LIM_ FAGO %). En cuanto al determinismo genético de estos caracteres, para la mayoría de fenotipos analizados se obtuvieron estimaciones de heredabilidad entre moderadas y elevadas.
Cabe resaltar las altas heredabilidades que mostraron las concentraciones en plasma de los tres tipos de inmunoglobulinas analizadas (IgA, IgG y IgM). Por el contrario, el recuento de monocitos no presentó una contribución genética significativa, con una heredabilidad estimada próxima a cero.
En este trabajo se describe por primera vez la heredabilidad de la concentración de cortisol en pelo, que mostró una heredabilidad media (h2=0.456), sugiriendo que la susceptibilidad de los animales al estrés crónico estaría parcialmente determinado a nivel genético.
Estos resultados coinciden para algunos caracteres de inmunidad con trabajos previamente publicados en otras poblaciones porcinas3-7, confirmando un determinismo genético relevante en la variación de la inmunocompetencia global en cerdos.
EXISTE LA POSIBILIDAD DE SELECCIONAR GENÉTICAMENTE LOS FENOTIPOS DE INMUNIDAD PARA OBTENER POBLACIONES PORCINAS MÁS ROBUSTAS Y RESISTENTES A ENFERMEDADES
CORRELACIONES GENÉTICAS
En nuestro estudio confirmamos correlaciones genéticas positivas entre las concentraciones de IgG e IgM, o entre varias poblaciones de células leucocitarias, y de ellas con su capacidad de fagocitosis (Figura 2).
Encontramos correlaciones genéticas negativas entre el recuento de leucocitos y los niveles de PCR o entre los linfocitos y el porcentaje de células fagocíticas. Notablemente, el indicador de estrés crónico (niveles de CORT en pelo) también mostró antagonismo genético con parámetros de inmunidad relevantes como el porcentaje de linfocitos T γδ o los niveles basales de PCR (Figura 2).
| Según nuestros resultados, sería factible aplicar un programa de selección para aumentar la inmunocompetencia en la población Duroc, centrándose por ejemplo en los caracteres relacionados con los linfocitos y la secreción de inmunoglobulinas. No obstante, esta selección podría ir acompañada de respuestas correlacionadas con otros caracteres de inmunidad como los relacionados con inflamación y estrés. Por tanto, previo a su selección, es necesario determinar la mejor combinación de parámetros y evaluar los efectos de seleccionar estos caracteres en la salud y bienestar de los animales. |
EN ESTE CONTEXTO Y TENIENDO EN CUENTA QUE LA DETERMINACIÓN DE ESTE TIPO DE FENOTIPOS EXIGE TIEMPO Y DINERO, LA POSIBILIDAD DE IDENTIFICAR VARIANTES GENÉTICAS FUNCIONALMENTE RELACIONADAS CON LA INMUNIDAD PARA INCORPORARLAS EN LOS ESQUEMAS DE SELECCIÓN GENÓMICA ADQUIERE UNA MAYOR RELEVANCIA
ANÁLISIS DE ASOCIACIÓN DEL GENOMA COMPLETO – HACIA LA IDENTIFICACIÓN DE GENES QUE INTERVIENEN SOBRE LOS CARACTERES DE SALUD
Con el fin de identificar polimorfismos y genes asociados a la variación de los fenotipos de inmunidad, se realizó el genotipado de los animales con el ADN genómico extraído a partir de sangre.
Todas las muestras fueron genotipadas con el chip de 70K GGP porcine HD array (Illumina), que contiene 68,516 polimorfismos de nucleótido único (SNPs) distribuidos a lo largo de todo el genoma porcino.
El análisis de asociación del genoma completo (GWAS) se llevó a cabo con los 30 fenotipos de salud y 42,641 SNPs que quedaron después del filtrado.
Posteriormente, y con el fin de identificar genes candidatos que pudiesen estar afectando a los fenotipos analizados, se realizó la anotación de las regiones genómicas significativamente asociadas a los caracteres analizados utilizando la última versión anotada del genoma porcino (Sscrofa11.1) y considerando 1 megabase (Mb) adicional anterior y posterior a la región significativa.
Por último, se realizó la categorización funcional de los genes candidatos mediante ontología génica (GO), que permite atribuir a cada gen una función molecular, en qué proceso biológico interviene y su localización celular.
El estudio de asociación de todo el genoma señaló 31 SNPs significativamente asociados a nivel genómico, ubicados en seis regiones cromosómicas en los cromosomas porcinos SSC4, SSC6, SSC17 y SSCX (Tabla 3). Estas regiones cromosómicas se asociaron con:
Niveles de IgG en plasma
Porcentaje de linfocitos T γδ
Niveles de proteína C reactiva en suero
Capacidad fagocítica de linfocitos
Número total de linfocitos
Volumen corpuscular medio
Hemoglobina corpuscular media
Al explorar en detalle las regiones genómicas significativamente asociadas a los fenotipos analizados, identificamos un total de 10 genes candidatos relacionados funcionalmente con el sistema inmunitario que podrían estar implicados en la variación de los caracteres inmunes y hematológicos. Entre ellos se identificaron genes implicados en:
La diferenciación de células B: SLA, ST3GAL18,9
La regulación de la respuesta inmunitaria de células T y B: NFATC210-12.
Otro gen candidato particularmente interesante fue el gen CRP, anotado en la región genómica asociada a la variación de sus niveles de proteína en suero (Figura 3).
La PCR se considera un biomarcador sanguíneo de inflamación que juega un papel importante en la defensa del hospedaor mediante la activación del sistema de complemento y vías mediadas por células13. En humanos sanos, esta proteína es un predictor de riesgo cardiovascular y se ha descrito una asociación entre polimorfismos en el gen CRP, niveles sanguíneos de PCR y riesgo a enfermedad (revisado en 14).
Se identificó el microARN ssc-mir-9786-1, como posible regulador del porcentaje de células T γδ.
Los microARNs son pequeños ARNs de aproximadamente 22 nucleótidos de longitud que no codifican proteínas y que regulan la expresión de múltiples genes.
En nuestro estudio identificamos un total de 528 genes potencialmente regulados por este microRNA, algunos de ellos implicados en la diferenciación de células T.
En conclusión, los resultados obtenidos representan un avance importante en el conocimiento sobre el control genético de caracteres relacionados con la salud y aportan las bases para la futura implementación de programas de selección genética/genómica que incorporen la salud animal entre sus objetivos.
Actualmente se dedican notables esfuerzos para diseñar nuevas estrategias y alternativas a los antimicrobianos en medicina veterinaria y la incorporación de caracteres relacionados con la salud en los programas de mejora es una buena alternativa para producir poblaciones de cerdos más resistentes a enfermedades y con mejor bienestar.
El conocimiento generado sobre los mecanismos funcionales que subyacen a estos caracteres complejos representa una gran oportunidad para desarrollar aún más un modelo biomédico porcino de utilidad para la inmunidad humana.
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