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Análisis del transcriptoma de las células somáticas de la leche de oveja para comprender el síndrome de depresión de la grasa láctea

Se debe a una represión coordinada de genes implicados en la lipogénesis

jueves 27 de septiembre de 2018, 09:07h

La suplementación de la dieta de las ovejas con lípidos de origen marino permite mejorar el carácter saludable de la grasa de la leche. Sin embargo, produce el síndrome de baja grasa en la leche, lo que impide su implementación en condiciones prácticas.

Aroa Suárez-Vega1, Gonzalo Hervás2, Pablo G. Toral1,2, Beatriz Gutiérrez-Gil1, Juan José Arranz1 y Pilar Frutos2*
1Departamento de Producción Animal. Facultad de Veterinaria. Universidad de León. Campus de Vegazana s/n, León
2Instituto de Ganadería de Montaña (CSIC - Universidad de León). Finca Marzanas s/n, Grulleros, León
*p.frutos@csic.es

Toma de muestras de leche de oveja para la extracción de ARN a partir de las células somáticas (técnica alternativa a la realización de biopsias a los animales).

Actualmente ya nadie pone en duda que el valor nutricional de la grasa de la leche puede ser mejorado, de forma natural y efectiva, mediante cambios en la alimentación del ganado. En el ganado ovino lechero, hemos demostrado que cuando se añaden a la dieta aceites vegetales ricos en ácidos grasos insaturados (p. ej.: aceite de girasol o de lino) aumenta la concentración de ciertos lípidos bioactivos en la leche, entre los que destaca el ácido linoleico conjugado (conocido como CLA), y disminuye la de los ácidos grasos que podrían ser más perjudiciales para la salud de los consumidores (concretamente, los aterogénicos de 12, 14 y 16 carbonos). Además, incorporando una pequeña cantidad de lípidos de origen marino (p. ej.: aceite de pescado o microalgas) se puede aumentar también el contenido de algunos ácidos grasos poliinsaturados conocidos como omega-3 (p. ej.: DHA), lo que realza el carácter potencialmente funcional de la leche de oveja.

Sin embargo, a pesar de los buenos resultados de esta última estrategia de alimentación en términos de mejora del perfil lipídico, sabemos que, como efecto colateral, produce el síndrome de baja grasa en la leche o de depresión de la grasa láctea (milk fat depression, MFD). Este síndrome se suele definir como una reducción del porcentaje de grasa, sin que la producción de leche ni la proporción de otros componentes (lactosa o proteína) se vean afectados de forma significativa. Obviamente, al depender el precio de la leche de su extracto quesero (suma de los porcentajes de grasa y proteína), la MFD anula las posibilidades de implementación de la estrategia en condiciones prácticas.

Por ello, para evitar su aparición, es fundamental conocer las causas del síndrome de baja grasa, desconocido hasta hace poco tiempo en el ganado ovino y caprino.

La investigación sobre este problema se ha centrado, entre otros, en el metabolismo ruminal, incluida su microbiota (especialmente, la comunidad bacteriana), que tanta importancia tiene en la alimentación de los animales rumiantes, o la lipogénesis mamaria. Entre los enfoques más recientes, cabría destacar el de la nutrigenómica, un abordaje complejo que ha hecho necesaria la colaboración de dos grupos de investigación: uno de Genética y Genómica Animal de la Universidad de León (ULE) y otro de Nutrición de Rumiantes del Instituto de Ganadería de Montaña, un centro mixto perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y a la ULE.

Nutrigenómica

La nutrigenómica es una disciplina relativamente joven que estudia el impacto de la nutrición (o, más específicamente, de determinados nutrientes) sobre los procesos fisiológicos, vía cambios fundamentalmente en la expresión génica. En los últimos años, esta disciplina ha experimentado un rápido avance, debido sobre todo a los resultados obtenidos en la especie humana. En los rumiantes, la información disponible acerca del efecto de los cambios en la dieta sobre la síntesis de grasa láctea y su composición o su relación con el síndrome de depresión de la grasa, sigue siendo muy limitada. Y lo es especialmente en el ganado ovino y caprino, ya que la mayor parte de los estudios se han realizado en el vacuno, a pesar de que la relación entre nutrición y expresión génica puede variar entre especies.

En ovejas lecheras, hemos observado que la caída del porcentaje de grasa de la leche estaría relacionada con una represión de la expresión de genes como ACSS2, ACACA, FASN, LPL, SCD o GPAT4, lo que afectaría a la mayor parte de las vías metabólicas de síntesis de ácidos grasos en la glándula mamaria, ya que dichos genes están implicados en los procesos de activación, síntesis de novo, captación, transporte, desaturación o esterificación de los ácidos grasos. El carácter coordinado de esta regulación negativa hizo sospechar la implicación de factores de transcripción (es decir, aquellos que, sin participar directamente en un paso específico de una ruta metabólica, pueden activar o inhibir la expresión de uno o varios genes implicados en ella). La investigación realizada en relación con el síndrome MFD apunta por ejemplo a SREBF1 o INSIG1.

También es interesante que los cambios en la expresión génica aparecen antes de detectarse el síndrome de depresión de la grasa láctea.

En cualquier caso, es importante señalar que la mayoría de los estudios se han llevado a cabo mediante aproximaciones de genes candidatos (es decir, de los que ya se sabe que están involucrados en determinadas vías o funciones). Sin embargo, esta técnica no permite abordar todas las complejas rutas metabólicas potencialmente implicadas en la depresión de la grasa láctea. Por el contrario, sí lo podría hacer un análisis funcional del transcriptoma mamario. La introducción relativamente reciente de tecnologías de alto rendimiento para el estudio del genoma nos ha aportado a los científicos una herramienta invaluable para el avance de la nutrigenómica. Tecnologías como la secuenciación masiva paralela del ARN (RNA-seq), basadas en la biología molecular y la bioinformática, permiten una caracterización completa del transcriptoma en cada muestra.

Represión coordinada de genes implicados en la lipogénesis

El año pasado, publicamos un artículo en Scientific Reports (Suárez-Vega et al., 2017) sobre un experimento que investigó el efecto de la inclusión de lípidos de origen marino en la dieta de ovejas Assaf sobre la regulación transcriptómica de la síntesis de grasa en la glándula mamaria. Esta era la primera vez que se usaba la metodología RNA-seq en el estudio, en ovejas lecheras, del síndrome de depresión de la grasa láctea y la mejora de su perfil lipídico.

Muestra de leche para la extracción de ARN.

Para el trabajo, partimos de cuatro ovejas en lactación alimentadas con una dieta completa mezclada (grupo control) y otras cuatro cuya dieta se complementaba con un 2,4 % de aceite de pescado. En una prueba paralela, ya habíamos estudiado no solo el desarrollo del síndrome de baja grasa en la leche en las ovejas que recibían los lípidos marinos (con una concentración media de grasa del 4,19 % frente al 5,87 % del control), sino también la mejora del perfil de ácidos grasos de su leche (con un importante incremento del contenido de CLA o de diversos omega-3 de cadena muy larga).

En este ensayo, tomamos muestras de leche y extrajimos el ARN de las células somáticas para analizar el transcriptoma mamario. En artículos previos, ya habíamos demostrado la adecuación de esta metodología como alternativa a la realización de biopsias a los animales, con todas las ventajas añadidas en términos de bienestar, coste y amplitud de posibilidades de muestreo.

La secuenciación masiva del ARN extraído (RNA-seq) se llevó a cabo en el Centro Nacional de Análisis Genómico. Mediante esta técnica, se generaron alrededor de 42 millones de lecturas pareadas por muestra. En ambos tratamientos, de la media de 14.309 genes expresados, unos 220 constituían aproximadamente el 89 % del recuento de secuencias. Estos genes, con intensa actividad en el tejido mamario, estaban implicados principalmente en dos procesos biológicos celulares (relacionados con las proteínas ribosomales citoplasmáticas y la cadena de transporte de electrones).

En comparación con los controles, en las ovejas que sufrían el síndrome de depresión de la grasa láctea se expresaron diferencialmente 213 genes: 117 se sobreexpresaron y 96 se subexpresaron. El análisis funcional de estos últimos mostró una regulación negativa de diversos genes implicados en redes controladas por la proteína SREBP (factor de transcripción que ya hemos mencionado previamente), como por ejemplo ACACA o ACSS (que también se han mencionado más arriba) y de términos de ontología génica relacionados con los procesos de síntesis y metabolismo lipídico (figura).

La interpretación de los genes sobreexpresados mostró un enriquecimiento de aquellos que codifican, por ejemplo, proteínas reguladoras de la actividad de las cinasas. Aunque la relación con la MFD es aún incierta, las cinasas podrían estar relacionadas con la fosforilación del factor SREBF y su actividad transcripcional.

El artículo presentó, por primera vez en la bibliografía científica, un perfil integral de los cambios transcriptómicos que ocurren en la glándula mamaria de las ovejas lecheras que sufren el síndrome de depresión de la grasa láctea inducido por el consumo de lípidos marinos. Y confirmó que la reducción del porcentaje de grasa se debía a una represión coordinada de genes implicados en la lipogénesis.

Las flechas blancas indican la represión de la actividad señalada. En cuadrados rojos aparecen las rutas o funciones metabólicas y los genes que estarían subexpresados. Fuente original: Scientific Reports 7: 45905 (2017).

En conjunto, el estudio representa una aplicación clave de la tecnología RNA-seq en la nutrigenómica en rumiantes y supone un importante avance en el conocimiento de los mecanismos genómicos funcionales asociados a la depresión de la grasa de la leche. Además, aportamos una amplia lista de genes cuya relación con este síndrome no se había ni planteado y que podrían ser reguladores del proceso y resultar sumamente útiles para el avance de la investigación.

Una vez demostrado que la suplementación de la dieta de las ovejas con lípidos de origen marino permite mejorar el carácter saludable de la grasa de la leche, la caída de su porcentaje es el principal escollo pendiente para transferir el conocimiento al sector ganadero. Por eso es tan importante seguir investigando.

Este trabajo forma parte de los Proyectos de Investigación AGL2017-87812-R y AGL2015-66035-R, financiados por el Mineco.

Bibliografía

Carreño, D., G. Hervás, P. G. Toral, T. Castro-Carrera, and P. Frutos. 2016. Fish oil-induced milk fat depression and associated downregulation of mammary lipogenic genes in dairy ewes. J. Dairy Sci. 99:7971-7981.
Suárez-Vega, A., B. Gutiérrez-Gil, C. Klopp, G. Tosser-Klopp, and J. J. Arranz. 2016. Comprehensive ARN-Seq profiling to evaluate lactating sheep mammary gland transcriptome. Sci. Data 3:160051.
Suárez-Vega, A., P. G. Toral, B. Gutiérrez-Gil, G. Hervás, J. J. Arranz, and P. Frutos. 2017. Elucidating fish oil-induced milk fat depression in dairy sheep: Milk somatic cell transcriptome analysis. Sci. Rep. 7:45905.
Toral, P. G., G. Hervás, D. Carreño, A. Belenguer, and P. Frutos. 2015. Comparison of milk fatty acid responses during fish oil- and trans-10 cis-12 18:2-induced milk fat depression in dairy ewes. Anim. Feed Sci. Technol. 210:66-73.
Toral, P. G., G. Hervás, A. Suárez-Vega, J. J. Arranz, and P. Frutos. 2016. Isolation of ARN from milk somatic cells as an alternative to biopsies of mammary tissue for nutrigenomic studies in dairy ewes. J. Dairy Sci. 99:8461-8471.

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