Nuevos Retos en Producción → Nuevas Soluciones (Parte 6).

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EXTRACTOS DE PLANTAS como moduladores de genes para optimar la productividad.

foto-autorRaúl Águila.
GRUPO NUTEC
raguila@gponutec.com

ENLACE.

  • En noviembre del 2015, GRUPO NUTEC tuvo a bien organizar un simposio que, bajo el título “Nuevos retos en producción, nuevas soluciones”, abordó áreas de reciente desarrollo científico y tecnológico para remediar y prevenir desafíos inéditos e insólitos.
  • En este artículo se resume la sexta y última conferencia que, además de integrar a las previas, se enfoca a validar aplicaciones prácticas.
  • En esta última ponencia con frecuencia se hizo referencia a vocablos relacionados con el genoma, por lo que, para una mayor comprensión recomiendo leer la introducción del artículo anterior (Nutrición en la era genómica).

RESUMEN PARTE 5.

Gen. Es una secuencia lineal de nucleótidos a lo largo de la molécula de ADN y contiene la información necesaria para la síntesis de proteínas

El gen transmite su información a la descendencia. El conjunto de genes de una especie se denomina genoma. Actualmente se conoce el genoma humano (20,500 genes), el genoma del cerdo (21,640 genes) y de muchos más animales, mosca (12,000 genes), plantas, bacterias (500 a 6,000), virus (10 a 300), etcétera.

Nutrición de la era genómica. Genómica es el compendio de toda la información genética que se encuentra en los genes y que define a un organismo (especie e individuo). Esta ciencia se relaciona con la nutrición y la bioquímica en dos formas:

1) La NUTRIGENÉTICA, que tiene muchas décadas de conocerse, estudia como los genes afectan la respuesta de un organismo a la dieta; es decir, como la genética de la persona o animal perjudica el uso de ciertos alimentos o nutrimentos; por ejemplo, en la Diabetes mellitus o tipo 2 hay una deficiencia en la producción de la hormona insulina lo cual provoca que la glucosa de la sangre no pueda entrar a las células.

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Pues bien, para el 2011, se han encontrado más de 36 genes que contribuyen al riesgo de padecer diabetes tipo 2, está clara pues la conexión entre genes y dieta.

2) La NUTRIGENÓMICA estudia en el sentido inverso de la nutrigenética, o sea, estudia como los componentes de la dieta afectan la expresión de los genes. La nutrigenómica es una ciencia relativamente nueva pues, desde que se terminó la secuenciación del genoma humano y de otras especies, avanza a pasos agigantados y de la mano con los avances tecnológicos de aparatos secuenciadores.

Secuenciación de ADN.

La secuenciación del ADN es un conjunto de técnicas bioquímicas cuya finalidad es la determinación del orden de sus nucleótidos (codón), el cual codifica para un aminoácido específico, así se sabe que proteína es codificada por cada gen.

Identificación de genes en muestras de ADN. Técnica llamada “Microarreglos” en la que se elaboran e interpretan “mapas de calor” (“heat maps”, el nombre es una metáfora porque en el ADN no hay calor). Sirve para detectar, por colores, que genes se activan o desactivan como resultado de un tratamiento (ingrediente especial en el alimento).

Bioinformática.

Se pueden generar muchísimos datos de secuenciación del ADN, pero de manera manual o visual es imposible analizarlos; de hecho se necesita equipo de cómputo y profesionales en el área de informática. Un bioinformático es un híbrido entre biólogo e informático que sabe programar, también diseña experimentos que ajustan con los métodos que existen.

Por ejemplo, del genoma del pollo se debe saber que genes se reprimen y cuales se sobre expresan y entonces enfocarse, por ejemplo en los que tienen que ver con el sistema inmunológico o bien, con metabolismo de carbohidratos. También debe saber correlacionar variables que tengan causa-efecto. Por ejemplo ¿Un alimento de pollos da mejores resultados porque nutre mejor de acuerdo a la genética del pollo? o, ¿Porque estabiliza mejor la flora bacteriana intestinal y esto promueve la salud y por tanto, el crecimiento del pollo?

Por cierto, las oleorresinas, los prebióticos, los probióticos activan y desactivan genes y así, en algunos casos atenúan la respuesta exagerada del sistema inmunológico.

Extractos naturales y sus efectos en la  modulación de los genes para optimar la producción pecuaria.

Prashant K. Mishra.
MC en Biología Celular, MC en Filosofía en Biotecnología,
PhD Ciencias Biomédicas.

PARA ENTENDERNOS.

El Dr. Mishra comenzó su conferencia haciendo énfasis en el vocabulario que se debe usar con el tema de Extractos de Plantas. Hay diferencias con relación al origen y/ o proceso.

  1. tabla-1-nutecExtracto de planta. Cualquier sustancia líquida extraída de una planta.
  2. Aceite “esencial”. Son esencias oleosas, es decir, son compuestos volátiles (esencias), obtenidos de una planta.
  3. Oleorresina. Es una mezcla sólida de esencias oleosas y una resina.

Aclaración.

Aceite “esencial” es una traducción del inglés incorrecta que provoca confusiones, veamos: essence quiere decir “en esencia”, “extracto”, “concentrado” como en “vanilla essence” (esencia o concentrado de vainilla); en cambio essential quiere decir “básico”, “esencial”, “imprescindible”. Entonces, la traducción correcta es esencia no “esencial”; es decir, no se refiere al concepto de nutrimento esencial (aquel que se debe adquirir de la dieta pues no puede ser sintetizado por el organismo, tal y como sucede con ciertos aminoácidos esenciales como la lisina, o ciertos ácidos grasos esenciales como el ácido linolénico (omega 3)); aquí esencia se refiere a: esencias de aceites (compuesto volátil, como en los perfumes). Otros nombres para los extractos de plantas son: Fitobióticos, Fitonutrientes.

Entonces, el nombre “Extracto de Plantas” es muy genérico si se habla del principio activo de un producto comercial; en suma, como profesional de la nutrición es importante y útil saber y entender lo que se acaba de explicar.

El Dr. Mishra (nativo de la India), explica que el uso de los extractos de planta es ancestral pues, la antigua medicina india y china ya los usaban hace 6000 años. De hecho en la India, la Ayurveda es una rama de la medicina que se estudia, con mucha demanda, en universidades (ayur = vida, veda = ciencia); así el Dr. Mishra nos dice: …”en Nutec se está usando vino antiguo pero con una botella moderna”, innovadora y con nuevos objetivos.

El “arsenal” de plantas y sus extractos.

La investigación sobre extractos de plantas se ha intensificado mucho en los últimos años (en 1991 unas 25 publicaciones, en 2010 unas 600).

Las plantas del siguiente cuadro tienen efectos conocidos, pero ahora se les están encontrando usos potenciales con las siguientes funciones:

  1. Inmunomodulación.
  2. Reemplazo de antibióticos promotores del crecimiento.
  3. Antiviral
Extractos de plantas de mayor uso en alimentación animal
y sus efectos conocidos tradicionalmente.
TIPO          PLANTA
Español         Inglés
PARTE Componente activo mayor. EFECTO CONOCIDO
Aromáticos Canela. Cinnamon Corteza Cinamaldehído Estimulante del apetito y digestión, antiséptico, antioxidante.
Clavo. Cloves Brotes Eugenol Estimulante del apetito y digestión, antiséptico.
Anís. Anise Fruto Anethol Estimulante digestivo.
Cúrcuma. Curcuma Raíz Curcumina Estimulante de apetito, digestión, antiséptico.
Picantes Mostaza Mustard Semillas Alil isotiocianato Estimulante digestivo.
Rábano Radish Raíz Alil isotiocianato Estimulante del apetito.
Pimiento. Capsicum Fruto Capsaicina Estimulante de digestión.
Jengibre. Ginger Raíz Gingerol Estimulante gástrico.
Ajo Garlic Cabeza Alicina Estimulante digestivo y antiséptico.
Hierbas Romero. Rosemary Hojas 1,8 Cineol Estimulante digestivo y antiséptico, antioxidante.
Tomillo Thyme. Planta entera Thymol Estimulante digestivo y antiséptico, antioxidante.
Salvia Sage Hojas 1,8 Cineol Estimulante digestivo y antiséptico, antioxidante.
Menta Mint Hojas Mentol Estimulante del apetito y digestión, antiséptico.

INNOVACIÓN.

“El mismo vino en nueva botella”.

Es importante recalcar los conceptos que son básicos en el desarrollo de los Extractos de Plantas de Grupo Nutec.

1) Su uso se justificará en medida que mejoren la eficiencia productiva de los animales, ese es su fin.

2) Su mecanismo de acción ahora se estudia desde el punto de vista de la genómica, en concreto: su efecto en la activación o desactivación de redes de genes relacionados con la productividad, por ejemplo: atenuar una respuesta inmunológica demasiado intensa (efecto antiinflamatorio) resultado de una vacunación que provocaría baja de apetito y retraso de crecimiento. 

3) No se busca un efecto bactericida directo (lo tienen pero a concentraciones muy altas que resultan incosteables e imprácticas para dosificar); se busca un efecto fisiológico, (a través de expresión de genes) y esto se logra con dosis bajas, esto diferencia a los productos de Grupo Nutec.

4) También funcionan contra virus, no porque los maten, sino porque modulan la respuesta inmunológica que termina neutralizándolos.

HALLAZGOS, AVANCES, JUSTIFICACIONES.

Lo que resta de este artículo está destinado a mostrar algunas de las pruebas presentadas por el Dr. Mishra que justifican lo arriba expuesto. Es necesario anticipar al lector (zootecnistas, productores), que en el área de pruebas con nutrigenómica se presentan resultados que no estamos acostumbrados a observar y menos a analizar pues, requieren de preparación técnica previa; no obstante, considero que debemos hacer un esfuerzo por entender cómo trabajan los biotecnólogos expertos en nutrigenómica para obtener resultados concluyentes.

Por ejemplo, en el siguiente experimento se comprueba que:

  • Las esencias oleosas también tienen efecto a nivel de genes (activan o desactivan).
  • En algunas células/ tejidos los extractos de plantas modulan la expresión génica de una mejor manera para proporcionar una mejor protección a los animales.

Extractos de plantas vs Avilamicina y su efecto en genes. Czech J. Anim. Sci., 53, 2008 (9): 377-387

  • En 120 lechones destetados se estudió el efecto de tres extractos de plantas (orégano, anís, cáscara de naranja) vs el antibiótico Avilamicina, en seis genes relacionados con la respuesta inmunológica, cuadro abajo izquierda.
  • Tres tratamientos: T1 Alimento control (sin extractos de plantas y sin Avilamicina, T2 (con extractos), T3 (con Avilamicina), la pregunta es ¿Qué genes se activan y cuáles se inactivan comparando con el tratamiento basal? El valor cero es el valor del tratamiento basal (control), entonces lo que se ve es, con respecto al control que tanto se activó o se inactivo un gene como resultado de los extractos o de la avilamicina (gráfica siguiente).

 

Gen investigado y función.
1) Factor transcripcional NFkB
Factor de transcripción del ADN, implicado en la respuesta celular a estímulos como el estrés. Clave en la regulación de la respuesta inmunológica derivada de una infección.
Marcador apoptótico TNFalfa
Factor de necrosis tumoral, factor pro-inflamatorio y apoptótico que interviene en la inflamación. Responsable del reclutamiento de células inflamatorias.
ILF10
Interleucina-10, citocina capaz de inhibir la síntesis de citocinas proinflamatorias. Factor anti-inflamatorio.
Caspasas-3
Marcador apoptótico que media la degradación del ADN y desintegración de la membrana plasmática.
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De la gráfica anterior también se concluye que, para cada tejido, la sobreexpresión o subexpresión del gene que codifica para NFkB es específica y de magnitud muy variable, por ejemplo para bazo son contrarias (avilamicina sobreexpresa (activa al gen) y la mezcla de fitobióticos subexpresa (inactiva al gen)).

El trabajo que estamos analizando estudia el efecto de la avilamicina y de la mezcla de fitobióticos para cada uno de estos seis genes: NFkB, TNF alfa, ILF10, Caspasas 3, Ciclina D1, IgF1; en hasta 11 tejidos, lo cual genera mucha información que no es posible presentar en este artículo; pero en cambio muestro en la siguiente tabla un comparativo de los resultados de la avilamicina y mezcla de fitobióticos sobre los seis genes en bazo y además en yeyuno (adaptado del artículo original).

BAZO
GEN Fitobiótico Avilamicina SEM
NFKB -0.99 0.40 0.24
TNFalfa 0.04 0.18 0.07
ILF10 0.01 0.25 0.10
Caspasa 3 -0.09 -0.47 0.10
Ciclina D1 2.12 3.20 0.40
IGF1 0.59 1.27 0.19
YEYUNO  
NFKB -0.02 0.26 0.11
TNFalfa -1.20 -0.85 0.18
ILF10
Caspasa 3 -0.51 -1.02 0.26
Ciclina D1 -0.48 -0.54 0.13
IGF1 -0.11 -0.50 0.17
Nota: Los valores positivos son activación y los negativos (rojo) son inhibición de los genes. La unidad de medición es comparativa con el control que tiene un valor relativo de cero, por ejemplo un valor 2.12 indica dos veces más que el control y -1.20 es menos de una vez que el control.

En el artículo original se discute con detalle los efectos de los genes, por ejemplo: TNFalfa es una de las señales primarias que inducen muerte programada de las células (apoptosis) lo cual es amplificado por NFkB. Se sabe que en el tracto intestinal TNFalfa es mediador de la inflamación de la mucosa y, en el presente estudio, tanto la mezcla de fitobióticos como la avilamicina provocaron inactivación (down-regulation) de las tasas de expresión de TNFalfa en glóbulos blancos, nódulos linfoides mesentéricos, yeyuno e ileon, mientras que en otros tejidos no hubo efecto. Estas reacciones coinciden bien con los efectos observados para NFkB y apoyan la hipótesis de que las reacciones pro-inflamatorias fueron menos pronunciadas en los animales tratados (avilamicina y mezcla de fitobióticos).

Las conclusiones generales de la investigación referida son: El uso de fitobióticos o avilamicina como promotores de crecimiento afectan la expresión de genes que están involucrados en la respuesta inmunológica y en la actividad cíclica de las células especialmente en tejidos de bazo y glóbulos blancos mientras que otros tejidos de órganos internos y músculo no son afectados. Los resultados sugieren principalmente una liberación de la actividad del sistema inmunológico en el tracto gastrointestinal, esto concuerda con mejoras en el desempeño zootécnico, microbiología intestinal incluyendo productos de fermentación y digestibilidad aparente de los nutrimentos inducidos por ambos aditivos como ha sido reportado por otros autores.

Otros trabajos.

El Dr. Mishra presentó otros trabajos científicos para ilustrar las aplicaciones de la nutrigenómica.

Efecto de fitobióticos sobre el genoma y la resistencia a coccidiosis en pollos de engorda. Hyun S Lillehoj et al. International Symposium on Animal Genomics for Animal Health, Paris, 2010. BMC Proceedings, 2011, 5(Suppl 4):S34.

En este complejo trabajo de nutrigenómica y efciencia del crecimiento se usó la mezcla de tres oleorresinas: carvacrol, cinamaldehído y capsicum (4 tratamientos), en uno de los tratamientos se desafío a los pollos con coccidia E. acervulina). Se concluyó que la mezcla de fitobióticos protegió, con significancia estadística, a los pollos del desafío con coccidia (mejor eficiencia de crecimiento y menor fecundidad de los parásitos lo que se tradujo en una menor dispersión de la coccidia a partir de los pollos infectados). La explicación de este efecto radica en una mejor respuesta inmunológica. Los detalles del mecanismo no se conocen pero podrían involucrar modificaciones morfológicas de las células de la mucosa gastrointestinal y regulación genética de todo el metabolismo (de hecho en el trabajo se midió efecto en metabolismo de 11 carbohidratos y 8 lípidos).

EPÍLOGO.

A través de estos seis artículos correspondientes a las seis ponencias del Simposio NUTEC se ha compartido información de gran actualidad con la que se pueden dar soluciones a algunos de los nuevos desafíos de la producción avícola y porcina.

Definitivamente la nutrigenómica aporta novedosas y potencialmente útiles herramientas; llegó para quedarse, y por eso más vale que vayamos entendiendo de que se trata esta nueva frontera de la ciencia y de la tecnología.

Artículo publicado en
Los Porcicultores y su Entorno 114