CAPITULO 6: Principios básicos en Biotecnología Animal

BIOTECNOLOGÍA PARA EL MEJORAMIENTO GENÉTICO DEL GANADO: 

SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS

M. Georges

Departamento de Genética, Facultad de Medicina Veterinaria, Universidad de Lieja 

20 Bd de Colonster, B-4000-Lieja, Bélgica

Resumen: La biotecnología es un elemento cada vez más importante del arsenal de instrumentos que se pueden utilizar para mejorar la producción animal a fin de atender las demandas del consumidor dentro de las limitaciones económicas, ambientales y éticas impuestas por la sociedad. La biotecnología contribuye a la producción animal mejorando los componentes ambientales de los sistemas de producción así como la composición genética del ganado. 

Tras una presentación general de la biotecnología y la producción animal, este texto se centra en tres campos de la biotecnología que contribuyen al mejoramiento genético de los animales, esto es, la biotecnología de la reproducción, la modificación del genoma y la selección mediante marcadores, y la  transgénesis. Una encuesta basada en un cuestionario enviado a los Países Miembros de la OIE nos  permitió resumir brevemente las actividades en curso en esta esfera. El cuestionario también tenía por objeto definir los principales desafíos a los que deberán responder los criadores que se proponen incorporar métodos basados en la biotecnología. Entre los principales problemas que planteará su aplicación futura figuran la desconfianza del público, la falta de recursos financieros para el desarrollo tecnológico en los países en desarrollo y las dudas sobre su rentabilidad. 

1.  INTRODUCCIÓN 

Hace mucho tiempo que la biotecnología forma parte de la cultura humana. La domesticación de las especies vegetales y animales y los procesos de selección artificial que trae aparejados suponen una manipulación de los genes, aún involuntaria. La fabricación de cerveza, quesos y pan, que se basa en el dominio de la fermentación utilizando una variedad de microorganismos, es tan antigua como la historia de la humanidad. 

Con el advenimiento del ADN recombinante, empero, el poder de la biotecnología se ha incrementado de modo espectacular, y ha estimulado la imaginación de los científicos y los legos por igual. Las aplicaciones de la biotecnología están prosperando sobre todo en los ámbitos de la salud humana y la agricultura. No obstante, en los foros científicos y públicos han cobrado una importancia creciente las preocupaciones vinculadas a los posibles riesgos y a la ética, que han dado lugar a veces a moratorias decretadas por la propia comunidad científica o impuestas por el poder legislativo. 

2.  BIOTECNOLOGÍA Y PRODUCCIÓN ANIMAL 

El desafío que se plantea para la producción animal consiste en proporcionar a la sociedad productos alimenticios que satisfagan sus cambiantes necesidades de nutrición, dentro de límites económicos y ambientales específicos. Sobre la base del principio fundamental  “F = G + A” (es decir que el fenotipo de un animal refleja su aptitud genética intrínseca o genotipo tal como se expresa en un medio ambiente determinado), los criadores de animales han adoptado un enfoque doble para mejorar la calidad de su producción. Por un lado, han aprendido a dominar los componentes ambientales perfeccionando las prácticas de cría y alimentación de los animales, la profilaxis y el tratamiento de las enfermedades. Por el otro, la selección artificial ha permitido obtener continuas mejoras de la composición genética de las especies domésticas. La aplicación de complejos métodos biométricos en los programas de reproducción ha generado progresos genéticos espectaculares durante la segunda mitad de este siglo. 

                                     

La biotecnología se ha integrado al arsenal de herramientas destinadas a mejorar los componentes ambientales (A) y naturales (G) de la ecuación. Las aplicaciones de la biotecnología destinadas a mejorar los  componentes ambientales, recientemente analizadas por Robinson y McEvoy (1993), incluyen: 

- las manipulaciones genéticas de las especies de forraje, para acrecentar su productividad o su valor nutritivo,

- las manipulaciones genéticas de microorganismos a fin de producir aditivos alimenticios,

- las manipulaciones genéticas de la microflora intestinal,

- la producción de compuestos terapéuticos o profilácticos - comprendidas las vacunas - a partir de  Microorganismos genéticamente modificados,

- la producción de hormonas o análogos hormonales a partir de microorganismos genéticamente tratados,

- la inmunorregulación de los procesos fisiológicos,

- el mejoramiento de los métodos de diagnóstico basados en el ADN. 

El presente informe se propone centrarse en las actividades actuales de aplicación de la biotecnología moderna a los componentes genéticos de la ecuación, con el fin de mejorar con mayor eficacia la composición genética de las especies domésticas. 

3.  BIOTECNOLOGÍA PARA EL MEJORAMIENTO GENÉTICO DEL GANADO 

3.1. Presentación general 

Las técnicas de reproducción recurren a la selección de los animales genéticamente superiores como  progenitores de las generaciones subsiguientes. Por consiguiente, en este nivel la selección artificial sólo se  podría aplicar a rasgos que revelan una variación genética "natural" en las poblaciones seleccionadas, esto es, rasgos caracterizados por algún grado de heredabilidad. El índice de progreso genético o de respuesta a la selección depende de: 

- la exactitud de la selección,  esto es, la precisión en la identificación de los animales genéticamente superiores; 

- el intervalo entre generaciones: cuanto más breve es el intervalo, más rápidos son los progresos

genéticos; 

- la intensidad de la selección, es decir que cuanto más se aparten los futuros animales reproductores del

Valor medio de sus contemporáneos, mayor será el mejoramiento genético. 

La biotecnología se está aplicando para acelerar los progresos genéticos sobre la base de los cuatro factores siguientes: aumentar la variación genética (o el sustrato molecular de los programas de reproducción), aumentar la exactitud de la selección, reducir el intervalo entre generaciones e incrementar la intensidad de la selección. 

Se pueden distinguir tres campos fundamentales en la biotecnología aplicada al mejoramiento genético del ganado: 

- las técnicas de reproducción,

- la manipulación del genoma y la selección mediante marcadores (SMM), y

- la transgénesis aplicada a los animales de cría. 

En el siguiente cuadro se sintetizan las repercusiones posibles de estos tres campos de investigación sobre los cuatro componentes que determinan el índice de progreso genético. 

Cuadro 1

 Variación  genética

Exactitud de la  selección

Intervalo entre generaciones 

- 22 - 

Intensidad de la selección 

Reproducción

+ ++ ++ +

Modificación del  genoma y SMM 

+ + + ++ 

Transgénesis

++   

3.2. Biotecnología de la reproducción 

Se han elaborado o están en estudio una serie de métodos destinados a aumentar el potencial reproductivo del ganado (2, 8, 9, 10), entre ellos los siguientes: 

- Inseminación artificial (IA): Sobre todo desde la elaboración de métodos eficaces de congelación del semen la IA ha pasado a ser la biotecnología más difundida en la producción animal, en particular de bovinos. Al permitir la utilización en gran escala de un pequeño número de reproductores de élite, la IA ha tenido repercusiones espectaculares en la intensidad de la selección. Además, ha facilitado la ejecución del programa de evaluación de la descendencia aplicado principalmente a las razas bovinas lecheras, y ha contribuido notablemente al mejoramiento del ganado al aumentar la exactitud de la selección pese a la prolongación conexa del intervalo entre generaciones.  

- Ovulación múltiple y transferencia de embriones (OMTE): Al multiplicar la descendencia, sobre todo en  especies que presentan pocas variaciones, la OMTE ofrece posibilidades para acentuar el mejoramiento genético aumentando la intensidad de la selección de las hembras. En el ganado bovino, empero – la especie en la que más difundida está esta tecnología - el principal efecto de la OMTE podría deberse a la reducción del intervalo entre generaciones, en comparación con el programa clásico de evaluación de la descendencia, si los reproductores se seleccionan sobre la base de los resultados de sus dobles hermanas producidas por OMTE antes que en los resultados de su descendencia hembra: es el llamado esquema de los núcleos de selección de la OMTE. Pese a las dificultades técnicas que plantea, la OMTE podría llegar a desempeñar un papel importante en los países en desarrollo, donde sería difícil poner en práctica la aplicación en gran escala de un programa de evaluación de la descendencia basado en la inseminación artificial. 

- Recolección de ocitos (RO), maduración de ocitos in vitro (MIV), fecundación in vitro (FIV): El número de embriones que se pueden obtener por año de una vaca utilizando la OMTE se limita en promedio a unos 20 o menos, mientras que la combinación de RO con MIV y FIV permite multiplicar ese número al menos por 5. Es más, la recolección de embriones se puede aplicar a vacas preñadas tanto como a animales prepuberales. El efecto de estas metodologías sobre la respuesta genética se produce por las mismas vías que la OMTE, es decir, un aumento de la intensidad de la selección de las hembras y una mayor exactitud de la selección tanto de machos como de hembras. 

- Transferencia de núcleos o clonación de embriones: La transferencia de núcleos toti potentes a ovocitos enucleados permite teóricamente producir grandes números de gemelos idénticos o "clonos". Los principios que rigen la clonación de embriones se resumen en la Figura 1

. Esta metodología abre la posibilidad de afectar la respuesta genética de muy distintas maneras, entre ellas la intensidad y la exactitud de la selección y el intervalo entre generaciones. Inicialmente, la fuente de núcleos totipotentes eran las blastómeras. Pese a la posible utilización de blastocitos de la primera generación y de generaciones ulteriores como donadores de núcleos, la dimensión de los clonos ha seguido siendo muy pequeña. La reciente generación de células madres embrionarias totipotentes (de tipo “ES”) en ovinos, a la que seguirán probablemente adelantos similares en otras especies, podría acrecentar considerablemente la eficiencia de la clonación de embriones (3). 

- Selección del sexo: Recientes adelantos en la clasificación por cartometría de flujo permiten ahora separar eficazmente los espermatozoides viables portadores de un cromosoma X o Y. Aunque las cantidades de células recuperadas son incompatibles con las prácticas tradicionales de inseminación artificial, son suficientes cuando se combinan con técnicas de FIV. Este podría llegar a ser el método predilecto para  generar embriones del sexo deseado. La selección del sexo de los embriones también se puede lograr por microbiopsia y determinación del sexo utilizando secuencias Y específicas amplificadas mediante la técnica de reacción de polimerización en cadena (PCR). Este método, empero, sólo se justifica muy excepcionalmente desde el punto de vista económico. 

- Criopreservación de gametos y embriones: La mayoría de los métodos conocidos sólo son eficaces si se los utiliza en combinación con métodos de congelación de gametos y embriones. Además, la

Crio preservación desempeña un papel esencial en los programas de conservación destinados a preservar la diversidad genética. 

- 23 - 

Figura 1 

EMBRIÓN DONANTE

OOCITO RECEPTOR

AISLAMIENTO DEL

BLASTÓMERO

CLONAJE MULTIGENERACIONAL

3.3. Estudio del genoma y selección mediante marcadores (SMM) 

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ENUCLEACIÓN

ELECTROFUSIÓN

CLONAJE

EMBRIONARIO

Los adelantos de la genética molecular, impulsados por la Iniciativa del Genoma Humano, permiten ahora desarrollar cantidades ilimitadas de marcadores genéticos, el instrumento fundamental del especialista en  genética. Estos marcadores se pueden utilizar para localizar genes determinantes de rasgos fenotípicos en los mapas genómicos correspondientes aplicando estrategias de enlace genético. Este enfoque cartográfico es el primer paso en el proceso denominado clonación posicional que culmina con la identificación del gen causante y la mutación (5).  

Por primera vez, estos métodos permiten descomponer los rasgos de producción en sus componentes o genes mendelianos individuales. El Cuadro 2 presenta la lista los caracteres monogénicos correspondientes a un solo gene que se han podido localizar en los animales de renta mediante el uso de esta técnica. Para los caracteres poligénicos, a los que pertenece la mayoría de los rasgos de producción, estos genes se denominan loci cuantitativos o Quantitative Trait Loci (QTL). Experimentos recientes en los que se estudiaban las características del crecimiento y de las canales porcinas, así como la producción de leche en los bovinos, han demostrado de  manera convincente la factibilidad de este enfoque basado en la cartografía de los QTL en los animales de cría (1, 6).  encontrado el 02 de noviembre en : 

M. Georges BIOTECNOLOGÍA PARA EL MEJORAMIENTO GENÉTICO DEL GANADO: SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS Departamento de Genética, Facultad de Medicina Veterinaria, Universidad de Lieja 20 Bd de Colonster, B-4000-Lieja, Bélgica http://www.oie.int/doc/ged/d3010.pdf

Bibliográfica sugeridas

Bisang, R., Campi, M., Cesa, V., (2009), Biotecnología y desarrollo, Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL), Buenos Aires encontrado en  www.cepal.org/publicaciones/xml/9/35729/docw35.pdf