Biotecnología enfocada al sector agropecuario y minero con guías de laboratorio

*BAL: bacterias acidolácticas.

Fuente: el autor.

1.5 Uso de enzimas en la producción animal

Los animales rumiantes dependen de los productos de la fermentación microbiana ruminal. Los cambios en dicha dinámica presentan un enfoque encaminado a la mejora de la producción pecuaria [72]. Entender la complejidad del ecosistema microbiano-ruminal y de sus interacciones con las estructuras celulares de las plantas es la base para el uso de las enzimas exógenas, con el fin de mejorar la alimentación del ganado. Y es por ello que muchos investigadores dedican su tiempo al estudio y desarrollo de estos aditivos [73].

La Unión Europea (UE), entre las acciones emprendidas en el marco de la nueva política de seguridad alimentaria y de creación de la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), resalta la nueva propuesta del Consejo de Ministros de Agricultura para la regulación del empleo de aditivos en la alimentación animal y la negativa del uso de antibióticos como aditivos en alimentos [74].

En la actualidad, existe en el mercado un gran número de productos enzimáticos presentados como aditivos alimentarios para diferentes especies animales; sin embargo, la gran mayoría de estos son producidos por bacterias (B. subtilis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum y Enterococcus faecium), especialmente y tres especies de hongos (Aspergillus oryzae, Trichoderma sp. y S. cerevisiae) [75], [76].

Existen evidencias de que el pretratamiento enzimático ha tenido efectos benéficos en la digestión y aprovechamiento de la materia seca del alimento y las fracciones de fibra, así como en la fermentación ruminal. No obstante, parece claro que este no es el único mecanismo de acción que explique el efecto de las enzimas [77]. Un número importante de trabajos e investigadores han evaluado los efectos de la adición de estos compuestos a forrajes, especialmente en ensayos in vitro.

Torres [78] y Togtokhbayar et al. [79] estudiaron el impacto de dos enzimas (celulasas y xilanasas) en la degradación in vitro ruminal y encontraron que estas incrementaron la digestibilidad de la fibra del sustrato, así como la producción de ácido propiónico y acético, y la producción total de ácidos grasos de cadena corta (AGCC).

Resultados no contundentes parecen obtenerse debido a diversos factores, como la diversidad en la composición de la dieta, el tipo de enzima utilizada, el mecanismo de la actividad enzimática, el nivel de enzima utilizada, la estabilidad de la enzima y la metodología de aplicación de la misma [80].

Respecto a la utilización de preparados enzimáticos en la alimentación animal, los primeros experimentos se llevaron a cabo a mediados de los años noventa y, desde entonces, han sido numerosos los trabajos en este campo. Con una amplia diversidad de productos enzimáticos y condiciones experimentales, la respuesta productiva en los animales ha sido positiva, pero la variabilidad también ha sido muy alta [77], [81].

Por otra parte, aunque algunos estudios indican que las enzimas exógenas en la dieta de los ovinos de engorde no modifican la respuesta productiva, otros autores informan resultados favorables por efecto de los complejos enzimáticos, con ganancias medias diarias de peso superiores del 80 % respecto al control [82], [83].

En este sentido, el objetivo del uso de complejos enzimáticos en la alimentación animal sería mejorar la eficiencia y digestibilidad de los alimentos y contribuir a la reducción de la producción de residuos en los sistemas de producción animal.

1.6 Otros usos de la biotecnología

1.6.1 Animales transgénicos

El proceso de transgénesis radica en introducir un gen que modificará la información genética del animal que lo recibe y con ello producirá cambios celulares. Es importante aclarar que dicho gen no solo puede ser de su misma especie, sino que puede ser de especies diferentes (de animal a vegetal o viceversa), que se insertan en el genoma de forma artificial, utilizando alguna de las técnicas disponibles. Esta región de ADN es denominada comúnmente transgen y puede provenir de un animal de la misma especie o desde una bacteria o planta.

Según CIGET [84], un animal transgénico es aquel que ha sido modificado genéticamente y genera cambios en alguna secuencia de su código genético (ADN) para producir un efecto en particular”.

La ingeniería genética ha logrado superar la barrera de la selección que solo se daba por cruzamiento selectivo, para poder incorporar genes de su misma especie o especies diferentes a su código genético y así obtener un organismo genéticamente modificado (OGM) o transgénico, por medio del cual se conseguirá un animal o planta con características productivas nuevas que los hace más eficientes y productivos.

La obtención de animales transgénicos se ha realizado con diversos fines:

• Para ayudar a identificar, aislar y caracterizar genes, y así comprender su funcionamiento.

• Para modelación de enfermedades que afectan al hombre, con el objeto de desarrollar nuevos medicamentos, vacunas o nuevos tratamientos.

• Como proveedor de órganos y tejidos para trasplantes en humanos (xenotrasplantes).

• Para mejoramiento animal de interés zootécnico.

• Para productos de origen animal (leche) con mayor valor nutricional o que contengan proteínas de interés farmacéutico.

La biotecnología aplicada específicamente a la producción de animales transgénicos se ha desarrollado con diferentes fines como usos terapéuticos, productivos, económicos, entre otros. La revista Nature reportó el primer ratón transgénico en 1982, el cual tenía como objetivo producir hormona de crecimiento. Como resultado, se obtuvieron animales notablemente más grandes, que superaron el doble del tamaño de los ratones no modificados. Décadas después, especialmente en Argentina, se realizaron trabajos muy interesantes y de gran aporte científico, relacionados con transgénesis en bovinos. En ese país la compañía BioSidus consiguió la primera ternera transgénica (Mansa) obtenida por clonación, con la capacidad de producir la hormona de crecimiento humana en su leche.

A este gran desarrollo biotecnológico siguió Patagonia I, una vaca que tiene el potencial de producir en su leche insulina muy similar a la humana, lo cual significó un gran avance, pues esta se obtenía de forma más rápida, abundante y, por ende, económica, que en trabajos anteriores, en los que se conseguía únicamente de páncreas de cerdo, la cual es muy costosa y no siempre aceptada por los pacientes. Posteriormente, se desarrolló una raza bovina transgénica (blanco azul belga), la cual por una modificación genética genera en estos animales hipertrofia muscular que los convierte en animales notablemente más desarrollados en su capacidad cárnica; sin embargo, su carne no ha tenido una gran aceptación por su sabor que ha sido duramente criticado por expertos.

En ovinos, Tracy fue la primera oveja transgénica desarrollada con el objeto de producir en su leche un fármaco (alfa-1-antitripsina). La deficiencia de esta proteína asociada a un trastorno hereditario genera problemas en pulmón e hígado. El profesor Esmail Zanjani en Estados Unidos obtuvo una oveja denominada como “15 % humana” por compatibilidad genética, la cual, en el futuro, podrá permitir la utilización de sus órganos para trasplantes en humanos, hecho que significa una esperanza importante para suplir la altísima demanda de órganos en el mundo.

En trabajos llevados a cabo en otras especies, está Somang-i, cerdo que produce un antígeno específico que aumentaría la posibilidad de aceptación de los órganos trasplantados a humanos. Otro ejemplo aplicado al mejoramiento del impacto ambiental, generado por las explotaciones porcinas, es Enviropig, el cual fue modificado genéticamente mediante la incorporación de genes de ratón y de la bacteria E. coli, con el fin de permitirle procesar y digerir de forma más eficiente el fósforo suministrado en la dieta; así, sus excretas no tendrán exceso de este elemento altamente contaminante en suelo y especialmente en el recurso agua.

En el campo de la acuicultura se obtuvo un pez (AquAdvantage) que lleva incorporado un gen de crecimiento y provoca un desarrollo corporal que puede alcanzar un 200 % más que los otros salmones de su especie, en menor tiempo de crianza. En peces ornamentales surgen los Goldfish o peces brillantes, a los que, gracias a la modificación genética, se les introdujo una proteína procedente de medusas, la cual brilla ante la luz blanca o ultravioleta, lo que los hace muy atractivos para el comercio en acuarios en todo el mundo. En este mismo ítem comercial se encuentran los caballitos de mar de oro, a los que se les incorporó genéticamente una mezcla de proteínas de medusa y polvo de oro, con la cual se logró un animal de gran interés para el cada vez más creciente mercado de mascotas.

En la avicultura comercial se presenta un pollo con ausencia total de plumas, lo cual se sustenta con una mejora significativa en la protección del ave frente a parásitos externos muy comunes en animales con plumas y, a su vez, los investigadores manifiestan una mejora en la calidad de vida del animal, respecto a las inclemencias del tiempo, es decir, a su mejor adaptabilidad a temperaturas altas, las cuales generan estrés para el animal y mermas en la proactividad, especialmente en los animales criados en jaulas y galpones. Aunque es preciso anotar el rechazo que genera en el común de las personas el observar animales con estas características.

La cunicultura no ha sido ajena a los animales transgénicos. En Francia, el desarrollo de conejos fluorescentes incorpora una proteína fluorescente proveniente de medusas que, al igual que los peces en presencia de luz ultravioleta, generaba fluorescencia en el animal. Ya que este tipo de trabajos se llevó a cabo sin un aparente fin específico, han sido criticados desde el punto de vista bioético.

En cuanto a los animales de compañía, científicos japoneses y americanos han trabajado en la modificación genética de felinos, con el objeto de lograr el tratamiento del virus de la inmunodeficiencia felina (VIF). La modificación consistió en introducir un gen fluorescente verde, que genera brillo en los gatos en la oscuridad. El objetivo de esta proteína fluorescente fue marcar las células y así poder hacer seguimiento a este gen por microscopía.

Otros trabajos sobre manipulación genética han sido realizados con fines médicos. Entre ellos, la generación de anfibios translúcidos, a través del cruzamiento de dos genes de ranas, con el objetivo de evaluar el efecto de algunos químicos en sus órganos, lo cual ayudará al monitoreo y tratamiento del cáncer. Por otra parte, se han ejecutado modificaciones en primates, los cuales se caracterizan por su complejidad genética muy cercana a la humana, con la introducción también de algunos marcadores (genes fluorescentes), con el objeto de continuar trabajos en enfermedades de gran interés humano como el cáncer o Alzheimer.

Finalmente, en la larga lucha contra una de las enfermedades que más muertes genera en el mundo, como es la malaria, se han desarrollado trabajos muy esperanzadores con la creación de insectos resistentes al Plasmodium, el parásito que provoca la malaria. La modificación está enfocada en que estos mosquitos transmitan esta característica a su descendencia o que mueran en cuanto lleguen a la madurez sexual.

1.6.2 Animales como biofábricas

Biofábricas es el término utilizado para definir el empleo de animales, células, bacterias y levaduras que, gracias a procesos y técnicas de ingeniería genética, permiten obtener una serie de productos biológicos, como vacunas, fármacos, xenotrasplantes, proteínas recombinantes, etc. Por esta razón, los animales pueden convertirse en laboratorios ideales para el desarrollo biotecnológico, en especial aquellos de fácil reproducción, que no están en peligro de extinción, producen grandes descendencias y muy rápidas (por ejemplo, los ratones). Además, gracias a que se comparten genes la información obtenida es de gran ayuda, especialmente para la generación de tratamientos, utilización de medicamentos y trasplantes de uso humano. En consecuencia, hay un gran campo biotecnológico en diversas áreas de interés como biomedicina, salud animal y humana, aplicaciones industriales farmacéuticas y en la producción animal, entre otras.

Por la transgénesis se han obtenido animales que, gracias a dichos procesos, se han convertido en biofábricas de fármacos de uso, como cerdos productores de fármacos para el tratamiento de hemofilia, cabras productoras de anticoagulantes, vacas que producen proteínas propias de la leche materna humana como la lactoferrina, utilizada en los tratamientos de deficiencias de hierro en niños lactantes, ovejas utilizadas para el tratamiento de la hemofilia, productoras de factores de coagulación [3], [85].

En la Figura 1.2 se presenta un ejemplo de producción de leche con hormona de crecimiento humana.

Figura 1.2. Producción de leche bovina, la cual contiene la hormona de crecimiento humano. Este proceso inicia cuando se inserta en una célula fetal bovina enucleada el gen de la hormona de crecimiento humano, el cual se fija por un proceso de fusión eléctrica al óvulo bovino previamente enucleado, para lograr así un embrión que se cultivará in vitro y se implantará en una vaca receptora, la cual llevará a término la gestación, de la cual se obtiene una ternera (transgénica) que ya tiene en su código genético la información con la cual llegará a producir en su leche la hormona de crecimiento humano.

Fuente: el autor.

Finalmente, se abordará un tema de gran importancia que quizás se consolide como la gran esperanza de muchos pacientes humanos que requieren un órgano para ser trasplantado. Los xenotrasplantes son el trasplante de tejidos, células u órganos, entre especies filogenéticamente diferentes [86].

El cerdo es el animal que las investigaciones determinan con un potencial importante para la producción de dichos xenotrasplantes. Históricamente, reportes muy antiguos indican transfusiones de sangre (xenotransfusión) de un cordero a un hombre en 1665 en Francia, las cuales fueron exitosas y curaron de fiebre al joven que las recibió. También se han evidenciado trasplantes de hígado, riñones y testículos provenientes de chimpancé, y muchos otros de animales como babuinos, cerdos, los cuales, en su mayoría, sufrieron reacciones adversas y la muerte de los pacientes después de recibir dichos órganos.

En trabajos más recientes, en el 2016, se logró la supervivencia de un hígado proveniente de un cerdo en un babuino, por 25 días. Aunque aparentemente sus resultados no fueron los esperados, son alentadores para el futuro, para lograr los trasplantes en humanos. En este momento, los animales con mayor potencialidad, por diversos factores como similitud anatómica y fisiológica de los órganos con los humanos, son los cerdos y los babuinos. En los últimos años, con la producción de animales transgénicos, se ha podido disminuir el rechazo de los mismos [87]. Sí bien es cierto que la mayoría de estos trabajos siguen en fase de investigación y muchos de ellos hasta ahora solo se han probado en primates, por su cercanía genética con el humano, se convierten en una esperanza real para la producción de órganos y tejidos para pacientes humanos.

En la Tabla 1.3. podemos encontrar los más recientes trabajos realizados con xenotrasplantes.

Tabla 1.3. Actualidad de los xenotrasplantes

Fuente: el autor.

1.7 Consideraciones éticas

Necesariamente, al hablar de biotecnología y en especial aplicada a la producción animal, se encuentra un largo camino por transitar, especialmente en lo relacionado con bioética y bienestar animal. Cuando se tocan temas tan sensibles como la manipulación genética, con propósitos de producción de alimentos y animales transgénicos, el hecho de alterar genéticamente un organismo para beneficios comerciales implica definir los límites de dicha investigación, los cuales no son tan sencillos de precisar.

Es cuando, a la luz de diferentes actores, puede verse la vulneración de los derechos de esos seres sintientes, como los define el filósofo Peter Singer [96]. Animales a los que se les practica un sinnúmero de cambios y alteraciones genéticas, desde la coloración de su piel con fines estéticos, pasando por modificaciones tan drásticas como la pérdida del plumaje en las aves comerciales de producción de carne y la introducción de genes para la generación de alimentos funcionales, vacunas, entre otros.

La investigación con animales y productos transgénicos se ha convertido en una preocupación sentida por los profesionales del sector pecuario, especialmente con la manipulación de patógenos modificados utilizados en investigación, que necesariamente tienen que ser aplicados a modelos animales o celulares en vivo y en especial sus implicaciones en la salud pública [97]. Por tal motivo, hay que buscar el equilibrio ético para lograr definir hasta qué punto la investigación aporta beneficios al ser humano, sin trasgredir los principios básicos del bienestar animal. Por lo tanto, los investigadores deben ser personas de altas calidades humanas y sociales, respetuosos de esas reglas intangibles, que permitan la convivencia humana y con su entorno. Es allí donde la sociedad interviene en la discusión sobre las cuestiones éticas y la confianza que generen los resultados y avances de la investigación, a fin de establecer límites claros y reglamentaciones apropiadas para el desarrollo biotecnológico [98].

Otro tema importante es la reflexión de Gilbert Hottois, que hace referencia a la tecnociencia y, con ella, a la manipulación de la naturaleza, la cual ha llegado a alcanzar opciones no contempladas, capaces de modificar no solo el entorno, sino la naturaleza humana, convirtiendo todo en un objeto técnico, puesto que dicho desarrollo no solo es en los seres vivos sino en las máquinas, que son definidas por el autor como seres que pueden evolucionar y que son la base para la investigación en biotecnología y cibernética. Con lo anterior se podría concluir que la técnica no es mala per se, pues depende del uso que le dé el hombre, este es el único que define el sentido de su investigación [99].

Hernández [100] manifiesta que los desarrollos tecnocientíficos han sido los detonantes de la bioética y con esta se han ampliado los conceptos clásicos de libertad y responsabilidad, así como las ideas de responsabilidad social, esta última entendida como acciones libres que generan sus propias consecuencias por un agente moral, es decir, que una acción crea sus propios deberes y de ahí se deriva su propia generación de cuentas.

Finalmente, se podría decir que la investigación requiere un compromiso ético y de responsabilidad social, el cual conllevará una rendición de cuentas que utiliza como herramienta el juicio social, siempre dentro de una dimensión moral del ejercicio propio de la investigación; es decir, rendición de cuentas causada por una obligación moral y no necesariamente legal, fortalecida como una virtud propia de la ética profesional.

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