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JORNADA SOBRE BIOTECNOLOGÍA Y DESARROLLO
ECI – PERUBIOTEC
04 DE ENERO 2010
AVANCES EN BIOTECNOLOGÍA
DE ORGANISMOS ACUÁTICOS
Susana Sirvas Cornejo
Ph. D. en Biotecnología Marina
TEMAS A TRATAR
 Introducción
 Objetivos de la Biotecnología Moderna
en Pesca y Acuicultura.
 Avances en biotecnología de OVMs
acuáticos
Tratamientos y consideraciones para
introducir OVMs acuáticos.
 Conclusiones.
INTRODUCCIÓN
DEFINICIONES DE
BIOTECNOLOGÍA
Es la interacción de
ciencias naturales y
organismos, células,
parte de ellas y
moléculas análogas,
para la obtención de
productos y servicios.
(Federación Europea de
Biotecnología)
Cualquier técnica o
conjunto de técnicas que
utilizan organismos vivos o
sus partes, obteniendo o
modificando productos,
para mejorar plantas o
animales, o para desarrollar
microorganismos con usos
específicos. (U.S. Congress
Office of Technology Asessment,
OTA, Commercialization of
Biotechnology, 1984)
Multidisciplina de las cc.nn. que pone a disposición del
hombre productos, procesos y servicios mediante el
uso racional de los seres vivos, sus partes o derivados.
Libro escolar “Ciencia y Ambiente”, 5to de primaria, Lima
INTRODUCCIÓN
…Estas definiciones se aplican a la
biotecnología tradicional y a la biotecnología
moderna:
BIOTECNOLOGÍA
BIOTECNOLOGÍA TRADICIONAL
No involucra la tecnología del ADN
recombinante
BIOTECNOLOGÍA MODERNA
ADN RECOMBINANTE
INTRODUCCIÓN
HACE CUÁNTO TIEMPO SE DESARROLLÓ
LA TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE?
PAUL BERG
COMBINÓ ADN DE DOS FUENTES DIFERENTES: 1972
HERBERT BOYER
INTRODUJO ADN RECOMBINANTE EN UNA
BACTERIA: 1973
GENENTECH COMPANY……INSULINA HUMANA
TRANSGÉNICA: 1977
INTRODUCCIÓN
BIOTECNOLOGÍA MODERNA:
CLONACION GENETICA
Es la formación de nuevas combinaciones
de material genético, a través de la
inserción de moléculas de ácidos
nucleicos (ADN) en un virus, plasmidio o
cualquier otro sistema vector, de tal
manera que permite su incorporación a un
organismo receptor, en el cual no ocurre
en forma natural pero donde es capaz de
propagarse continuamente.
INTRODUCCIÓN
Pasos básicos de la Clonación Genética
• Extracción del gen de interés a partir del
organismo donador
• Preparación del vector
• Unión del gen de interés con el vector (ADN
recombinante)
• Transformación del organismo receptor
• Identificación de clonas que contengan el
gen de interés.
INTRODUCCIÓN
CLONACION
GENETICA EN
PECES
MICROINYECCION
DE ADN
INTRODUCCIÓN
¿QUÉ Y POR QUÉ CLONAR?
Se clonan genes que sirvan para obtener bienes y
servicios que contribuyan al desarrollo, cuando
otras estrategias no representan la mejor
alternativa.
La clonación genética ha probado ser una
herramienta de utilidad en diversos campos:
salud, agricultura, acuicultura, pesquería, medio
ambiente, alimentos, minería, etc.
INTRODUCCIÓN
De dónde se obtienen los genes de interés
para mejoramiento genético?
De organismos que los contengan.
Ejemplo :
Gen de la fluorescencia verde
Medusa Aeuquorea victoria
INTRODUCCIÓN
Proteína de la Fluorescencia Verde
(GFP)
OSAMU SHIMOMURA
INTRODUCCIÓN
“Green Fluorescent
Protein as Marker for
Gene Expression”
MARTIN CHALFIE, Ph.D.
Columbia University,
New York
Science 263(5148):
802-5, 11 Feb. 1994.
INTRODUCCIÓN
CLONACIÓN DEL GEN
– Enzima bla beta lactamasa
– Resistencia a ampicilina
– Gen GFP
• Proteína Fluorescencia
verde de Medusa Aequorea
victoria
– Gen araC
• Regula transcripción GFP
– ori
• Permite la replicación del
plasmidio
araC
ori
pGLO
bla
GFP
INTRODUCCIÓN
APLICACIONES DE LA CLONACIÓN DEL GEN DE LA
PROTEÍNA DE LA FLUORESCENCIA VERDE
PEDAGOGÍA Y ARTE
1992
MEDICINA
1999
Y MUCHAS MÁS. . .
MEDIO AMBIENTE
1995
SIGNIFICÓ PARA MARTIN CHALFIE, OSAMU SHIMOMURA Y ROGER
TSIEN EL PREMIO NOBEL DE QUIMICA 2008.
INTRODUCCIÓN
Biomonitores de
contaminación de
ambientes
acuáticos, a través
de
biolumuniscencia.
OBJETIVOS de la Biotecnología Moderna en
Pesca y Acuicultura
1.
Contribuir a una mejor domesticación de las especies
para una acuicultura desarrollada.
2. Disminuir los costos de producción.
3. Reducir al mínimo el impacto de la actividad, sobre los
ecosistemas y el medio ambiente.
Lo cual se logra:
•
Mejorando la tasa de crecimiento de las especies en
cultivo.
•
Elevando el valor nutricional del alimento animal.
•
Incrementando la resistencia a enfermedades.
•
Mejorando la tolerancia a factores ambientales adversos.
•
Tratando los efluentes de la actividad acuícola y
pesquera.
•
y otros…
VENTAJAS de la Biotecnología Moderna en Pesca
y Acuicultura (FAO)
• El proceso de mejoramiento genético es más
rápido que con las técnicas tradicionales de
cruzamiento.
• Se puede mejorar la cantidad y calidad de los
cultivos acuáticos.
• Los productos obtenidos, no son menos seguros
que los obtenidos convencionalmente.
• Se puede introducir un sólo gen en el
organismo, a diferencia de los cruces para
obtención de híbridos donde se introducen otros
genes además de los deseados, sin saber
cuáles son, ni cuáles son sus funciones.
VENTAJAS del uso de la Biotecnología Moderna
en Pesca y Acuicultura (FAO)
• Se puede incorporar al alimento animal
características nutricionales adicionales
(Ejm: enzimas digestivas, vitaminas, etc., a través de
bacterias GMs.)
• Se puede controlar el proceso reproductivo
de especies en cultivo (Ejm: gonadotropina)
• Se puede desarrollar vacunas específicas
a la parte virulenta de un patógeno, envés
de a todo el patógeno.
AVANCES del uso de la Biotecnología Moderna en
Pesca y Acuicultura (FAO)
Algunos Logros en Acuicultura:
Carpa con crecimiento acelerado y mayor eficiencia
alimenticia, a través de la incorporación del gen de
la hormona del crecimiento (China, India).
Elevada tasa de crecimiento y supervivencia en
postlarvas de camarón, a través de dietas
suplementadas con bacterias GM productoras de
enzimas digestivas (Reino Unido).
Ostras y abalones con crecimiento acelerado (USA).
AVANCES del uso de la Biotecnología Moderna en
Pesca y Acuicultura (FAO)
Control de la reproducción en tilapia a través de la
regulación de los genes de gonadotropina.
Tilapia productora de insulina (Canadá).
Carpa con resistencia a bajos niveles de oxígeno
(China, USA).
Salmón con crecimiento acelerado, a través de la
incorporación del gen de hormona del crecimiento
(Canadá, USA).
AVANCES del uso de la Biotecnología Moderna en
Pesca y Acuicultura (FAO)
Algunos Logros en Pesquería:
 Control del biofouling a través del uso de bacterias GM
de Vibrio alginolíticus, productoras de compuestos
anti-biofouling, en el revestimiento de embarcaciones,
instrumentos y aparejos, sin ser tóxico para los
organismos objetivo.
 La biotecnología ha llevado a la construcción de bacterias
cuyo interior posee gránulos de polímeros, que pueden
producir plásticos biodegradables.
Hallazgo de organismos acuáticos
que puedan ser donadores de
genes de interés industrial,
ejm: GFP de medusa.
AVANCES del uso de la Biotecnología Moderna en
Pesca y Acuicultura
Cortesía: Willy Roca
GENETICALLY MODIFIED ORGANISMS
AND AQUACULTURE
John A. Beadmore and Joanne S. Porter
United Kingdom
for
FAO, 2003
Table 4. Actual and potential benefits of GMOs to aquaculture.
Species
Genetic
modific
ation
Potential
benefit
Actual benefit
Refere
nce
Atlantic
salmon
GH and
AFP
To enhance Enhanced growth and increased
growth and tolerance to cold
increase
cold
tolerance
Mud
loach
Triploidy To induce
sterility
Accelerated growth, gigantism and
likely sterility
Nam,
Cho &
Cho,
2001
Atlantic
salmon
AFP
Increase
low
temperatur
e tolerance
Precursor AFP has only 70% activity
of AFP. AFP promoter has potential
as a construct for transgenic studies.
Hew &
Fletche
r, 2001
Carp
GH
To enhance Higher growth rates than the nongrowth
transgenic controls
Melam
ed et
al.,
2002
Hinits
and
Moav,
1999
Tilapia
GH
To enhance growth
Stable germ line
transmission in a fast
growing transgenic
line
Martin
ez et
al.,
1999
Rainbow
trout and
Arctic
charr
Glucose
transporter
and
hexokinase
genes
To evaluate possibility of Some positive results
improving carbohydrate in first generation
metabolism efficiency of
salmonid fish
Pitkan
en et
al.,
1999
Tilapia
GH
To enhance growth
Up to 30 times > than Rahm
non-transgenics
an &
Macle
an,
1999
Tilapia
GH
To enhance growth
Homozygous
transgenic fish
produced, growth
enhanced, fertility
reduced
Rahm
an et
al.,
1998
Seabass
DNA
Vaccine
To manage viral
diseases in farmed fish
Foreign gene
transferred by
injection into the
muscles
Sulaim
an,
1998
Atlantic
salmon
GH
Transgenic fish
may have different
respiratory and
swimming
performance than
non-transgenics
Oxygen demand of
transgenics 1.6 times higher
than non-transgenics.
Swimming speed no
different.
Stevens,
Sutterlin
& Cook,
1998
Tilapia
GH
To enhance
growth
Up to 30 times > than nontransgenics
de la
Fuente et
al., 1998
Tilapia
YPGH
To enhance
growth
Transgenics heavier and
grew faster than nontransgenics
Chen et
al., 1997
Zebrafi
sh
Triploidy
induction
To induce sterility
Expression confirmed
Maricha
my, 1997
Tilapia
GH
To enhance
growth
Hernand
ez et al.,
1997
Tilapia
GH
To enhance
growth
Up to 30 times > than non-transgenics
Martine
z et al.,
1996
Rainb
ow
trout
GH
To enhance
growth
Significant growth enhancement
Chen et
al.,
1996
Atlanti
c
salmo
n
GH
AFP
To enhance
growth To
increase low
temperature
tolerance
Growth enhancement
Hew et
al.,
1996
Coho
salmo
n
GH
To enhance
growth
>10 fold increase in size of transgenic
fish
Devlin
et al.,
1995a
Carp
GH
To enhance
growth
32-87% inheritance when transgenic
Moav et
parents crossed. 0-50% inheritance
al.,
when transgenic and non transgenic fish 1995
mated.
Carp
GH
To enhance growth
Body composition was altered;
% fat, % moisture content was
lower for transgenics and amino
acid ratios were altered.
Chatak
ondi et
al.,
1995
Carp
Transfer of
border
elements
To confer position
independent
expression of
transgenes or
enhance integration
Confer position independent
expression
Caldovi
c&
Hackett
, 1995
Medak Lac Z gene To initiate lacZ gene
a
expression in
embryos
Gene expression initiated at
midblastula stage
Tsai et
al.,
1995
Zebrafi Cotransfer
sh
of retroviral
integrase
protein with
transgenes
To accelerate and
enhance rate of
integration of
transgene
Enhances and accelerates rates Hackett
of integration
et al.,
1994
Salmo
n
To enhance growth
Accelerates growth by over 11
fold
GH with all
salmon
construct
Devlin
et al.,
1994
Catfish and
carp
Coinjection of To enhance Rate of cointegration higher than Erdelyi et
reporter gene integration expected for independent events al., 1994
with GH gene
Tilapia
GH
To enhance Growth enhancement in F1
growth
animals
Martinez
et al.,
1994
Zebrafish
Luciferase
gene
Use of
luciferase
as a
reporter of
expression
Method compared favourably
with southern blotting and PCR.
Patil,
Wong &
Khoo,
1994
Tilapia
Lac Z gene
To report
on
expression
levels
Expression of reporter gene
Maclean,
indicated that carp promoter was 1994
10 times more efficient than rat
promoter
Trout
Chromosome To increase Increased production
manipulation production
and monosex
production
Stein,
1993
General
Disease
resistance
genes
To develop disease
resistant lines
Zebrafish
Luciferase
gene
Use of luciferase
as a reporter of
expression
Stable
integration of
luciferase
Kavumpurath
et al., 1993
Gilthead
GH
seabream
To enhance growth
Growth
enhanced by
20% after two
weeks
Cavari et al.,
1993
Carp
To enhance growth
Significant but
variable
Chen et al.,
1993
GH
Fjalestad,
Gjedrem &
Gjerde, 1993
Zebrafish Promoter
activity
To enhance
integration
Human cytomegalovirus
gave best results
Sharps et
al., 1992
Channel
catfish
To enhance
growth
20% larger than nontransgenic siblings
Chen et al.,
1992
GH
Goldfish
and
northern
Pike
Neomyci
n
resistanc
e, CAT
and GH
To assess
Preliminary results
applicability of
showed transfer and
neomycin resistance expression.
as a marker in
piscine systems
Guise,
Hackett &
Faras,
1992
Atlantic
salmon
AFP
To enhance cold
resistance
Establishment of stable
transgenic lines of Atlantic
salmon
Fletcher,
Davies &
Hew, 1992
Atlantic
salmon
GH
To enhance growth
9/450 positive fingerlings
identified by PCR analysis
Jun Du et
al., 1992
Rainbow
trout
GH
To enhance growth
A significant fraction of the
F1 inherited the gene, and
these grew faster than
non-transgenic siblings.
Chen et
al., 1992
Atlantic
salmon
GH and To
Transgenic fish grow on average four
AFP
enhance times faster than non-transgenics
growth
and
increase
cold
tolerance
Fletcher,
Davies &
Hew,
1992
Atlantic
salmon
GH
To
enhance
growth
At one year old transgenic fish were 2 to 6
fold larger than non-transgenic siblings
Jun Du
et al.,
1992
Channel
catfish
GH
To
enhance
growth
F1 transgenic progeny grew 26% faster
and 40-50g heavier than non-transgenic
siblings
Dunham
et al.,
1992
7/30 progeny from one of the transgenic
males carried the alpha globin gene. 1 of
this seven had 50 copies integrated into
the genome
Yoshizak
i et al.,
1991
Rainbow Carp
trout
alpha
globin
Medaka
AFP
To increase cold
tolerance
Atlantic
salmon
AFP
To increase cold
tolerance
Goldfish
Carp
Gong,
Vielkind &
Hew, 1991
24/137 progeny
carried the AFP
gene
Shears et
al., 1991
Neomycin To assess use of gene
resistanc as a marker for
e gene
expression
Successful in one
fish
Yoon et al.,
1990
GH
20/365 showed
integration and
expression
Zhang et al.,
1990
To enhance growth
Rainbow Chromosome
trout
mediated
gene transfer
Generations
of
transgenics
Success was variable
depending on female used
Disney,
1989
Atlantic
aalmon
AFP
To increase
cold
tolerance
Stable integration and a low Shears et
level of expression
al., 1989
Carp
and
loach
GH
To enhance
growth
A significant fraction of the
F1 progeny inherited the
foreign gene
Chen &
Powers,
1988
Carp
GH
To enhance
growth
20/380 fish were found to
contain introduced gene.
Zhang et
al., 1988
Zebrafish
and
rainbow
trout
Reporter genes;
neomycin
transferase, CAT and
beta galactosidase
To assess use of
them in detection of
expression of
transgenes
Reporter
genes could
prove useful
Gibbs,
Gray &
Thorgaard
, 1988
Tilapia
GH
To enhance growth
Integration rate Brem et
is lower than in al., 1988
mammals
CONSIDERACIONES PARA LA INTRODUCCIÓN
DE OVMs
• Bioseguridad
• Pruebas experimentales previas al cultivo
comercial.
• Capacitación de tomadores de decisiones.
• Seguimiento de actividades.
• Consulta a países con experiencia en el
tema.
CONCLUSIONES
FAO: "El Estado Mundial de la Agricultura y la
Alimentación 2003-2004”
• Hasta ahora, en los países donde se ha
producido cultivos trangénicos, no ha habido
ningún informe verificable de que causen algún
peligro importante para la salud o el medio
ambiente.
• La FAO apoya un sistema de evaluación con
base científica que determine objetivamente los
beneficios y riesgos de cada OMG.
CONCLUSIONES
FAO: "El Estado Mundial de la Agricultura y la
Alimentación 2003-2004”
• Se debe adoptar un procedimiento caso por
caso.
• El proceso de evaluación también debería
tener en cuenta la experiencia y capacitación
ya adquirida por las autoridades nacionales en
el conocimiento de tales productos.
.
CONCLUSIONES
• El Nuffield Council (Fundación de
Bioética) recomienda:
No adoptamos la opinión de que haya
pruebas suficientes de peligro actual o
potencial que justifiquen en este momento
una moratoria de la investigación, de los
ensayos de campo, o de la liberación
controlada de cultivos modificados
genéticamente en el medio ambiente.
FAO Aquaculture in the Third Millennium...
Dunham, R.A., Majumdar, K., Hallerman, E., Bartley, D., Mair, G., Hulata, G.,
Liu, Z., Pongthana, N., Bakos, J., Penman, D., Gupta, M., Rothlisberg, P. &
Hoerstgen-Schwark, G. 2001. Review of the status of aquaculture genetics.
In R.P. Subasinghe, P. Bueno, M.J. Phillips, C. Hough, S.E. McGladdery & J.R.
Arthur, eds. Aquaculture in the Third Millennium. Technical Proceedings of the
Conference on Aquaculture in the Third Millennium, Bangkok, Thailand,
20-25 February 2000. pp. 137-166. NACA, Bangkok and FAO, Rome.
El reto para acuicultores, científicos de la pesca y
tomadores de decisiones, es lograr un balance apropiado
entre darse cuenta del potencial para el desarrollo
económico propuesto por la biotecnología para acuicultura,
y minimizar cualquier riesgo al ambiente y a la salud
humana. El uso beneficioso de la biotecnología en
programas de desarrollo acuícola, requerirá de esfuerzos
sostenidos dirigidos a desarrollar aplicaciones sustentables
bien escogidas.
GRACIAS
RIO NEGRO, MANOS, BRASIL