Nutrigenómica en la Producción de Leche

1987
Pietro Sciarresi Arechabala (Universidad de Chile)
Natalie Urrutia (INIA – Remehue)
Einar Vargas Bello Pérez (Ciencias Animales, PUC)
evargasb@uc.cl

La nutrigenómica estudia como los nutrientes que son consumidos por los individuos afectan la expresión de determinados genes. Es una herramienta que nos permite el mejoramiento de la calidad de leche producida.

Dra. Natalie Urrutia .M.V., PhD

Contexto actual

En los últimos años el estudio de los genes ha adquirido mayor relevancia, llegando a mapearse los genomas de diversas especies, incluido el humano y el bovino. Esto ha permitido que surjan nuevas disciplinas de estudio, teniendo como eje principal la genómica (estudio interdisciplinario de los genomas), transcriptómica (referida a los RNA presentes en una célula o tejido), proteómica (referida a las proteínas) y metabolómica (referida a los metabolitos), conocidas como ciencias “Omicas” (Figura 1).
Figura 1: Esquema de ciencias Omicas

Adaptado de Sanhueza y Valenzuela, 2012

Dentro de estas nuevas disciplinas aparece la nutrigenómica, no obstante, antes de profundizar en este tema es necesario recordar un concepto fundamental de la genética. Cada individuo posee un fenotipo en particular, lo cual se traduce en que este posee características visibles que lo diferencian del resto. A su vez este fenotipo está determinado tanto por su genotipo (todos los genes de un individuo) como por el ambiente en el cual el individuo se encuentra, afectando de esta forma la temperatura, la humedad ambiental, la luz solar y la alimentación, entre otros, en la expresión de genes. Es aquí donde se inserta la nutrigenómica, ya que esta disciplina estudia cómo los nutrientes que son consumidos por los individuos afectan la expresión de determinados genes, o en otras palabras, que genes son inducidos y que genes son reprimidos frente a un determinado nutriente (Sanhueza y Valenzuela, 2012), y junto con esto, entender cómo estos influyen en la dinámica celular, alterando la actividad génica, la producción de proteínas y/o la producción de metabolitos (De Lorenzo, 2012).
Proteínas, carbohidratos, grasas, colesterol, vitaminas, minerales y fitocompuestos pueden afectar la expresión de genes, ejerciendo su acción de manera directa o indirecta sobre factores reguladores de transcripción (Bionaz et al., 2015), que corresponden a proteínas capaces de unirse al DNA y aumentar o disminuir la transcripción de ciertos genes.
Con la ayuda de las ciencias “Omicas” se han podido estudiar fenómenos fisiológicos relevantes para la producción animal de una manera más completa, y no como fenómenos dispersos, siendo un ejemplo de esto el estudio del periodo de transición en vacas lecheras mediante estas herramientas (Loor et al., 2013). Por otra parte, el hecho de que nutrientes puedan interactuar con el genoma, particularmente a través de factores de transcripción, abre la posibilidad de manipular la biología de los organismos a través de la dieta (Bionaz et al., 2015), lo que permitiría modificar la calidad y cantidad de productos animales como carne y leche, con el fin de lograr una producción más eficiente de productos de mejor calidad nutricional.

Nutrigenómica en vacas lecheras

La nutrigenómica estudia cómo los nutrientes que son consumidos por los individuos afectan la expresión de determinados genes

La producción de leche ha sido una de las áreas de interés de la nutrigenómica en la producción animal, aumentando considerablemente los estudios realizados en los últimos años, y si bien aún queda mucho por comprender, se han obtenido interesantes descubrimientos. Dentro de las áreas de trabajo se encuentran la composición láctea, el periodo de transición, la fertilidad, programación fetal y la inmunidad. Las dos primeras serán desarrolladas en este artículo.

 

Periodo de transición

El periodo de transición en vacas lecheras abarca entre las 3 semanas previas hasta las 3 semanas posteriores al parto y es la etapa más desafiante y demandante de energía en el ciclo de la lactancia, en el cual el animal pasa de un estado gestante/no lactante a un estado no gestante/lactante, que coincide con una alta incidencia de desórdenes metabólicos y enfermedades infecciosas. Debido a esto, el uso de las ciencias “Omicas” para el estudio de este proceso ha sido una de las líneas de investigación, evaluando las alteraciones que acontecen en diversos tejidos involucrados, como glándula mamaria, tejido adiposo e hígado (Loor et al., 2013).
Junto con lo anterior, también se han realizado estudios utilizando nutrigenómica en este periodo. Por ejemplo, un estudio evaluó las alteraciones transcriptómicas en el hígado de vacas lecheras en periodo de transición, las cuales fueron divididas en dos grupos. Un grupo tuvo una alimentación restringida, mientras que el otro fue sobrealimentado durante el periodo preparto (en relación requerimientos NRC), para luego del parto ser ambos grupos alimentados con la misma dieta. Los resultados indicaron que el grupo con alimentación restringida, a pesar de presentar una mayor condición inflamatoria subclínica en el preparto, se encontraban mejor preparadas para los eventos post-parto, demostrado por una mejor funcionalidad al iniciar la lactancia (Loor et al., 2015).
Lo anterior es una aproximación a los usos de la nutrigenómica en el periodo de transición, lo cual nos indica que la manipulación de la nutrición pre-parto podría favorecer la productividad post-parto, disminuir la presentación de desórdenes metabólicos, y por ende, costos en tratamientos.

Composición láctea

Otro de los focos de estudio ha sido el efecto de la nutrición sobre los genes que regulan la síntesis de leche, con un énfasis en aquellos encargados de la síntesis de grasa láctea. La grasa corresponde al componente más variable de la leche bovina, pudiendo afectarse su cantidad y composición (perfil de ácidos grasos) por factores como la genética, el estado fisiológico y la nutrición (Palmquist et al., 1993), y debido a esto la nutrigenómica aparece como una herramienta con un interesante potencial. Esto se ve reflejado en que uno de los focos más grandes de investigación, en lo que refiere a nutrigenómica en bovinos de leche, corresponde al fenómeno de depresión de grasa láctea (DGL) que se observa cuando las vacas son alimentadas con dietas que contengan dos o más condiciones de riesgo para este fenómeno, siendo las condiciones de mayor importancia alta concentración ácidos grasos poliinsaturados (AGPI; >3.5% de la dieta en base materia seca) y de carbohidratos fermentables en la dieta.
Específicamente, los AGPI al ingresar al rumen sufren un proceso de biohidrogenación (BH), lo que se traduce en que ácidos grasos insaturados son transformados en saturados. No obstante, esto no es un evento simple, y en el proceso se forma una amplia gama de AG insaturados que, dependiendo del ambiente ruminal y de la tasa de pasaje de la dieta, pueden escapar de los siguientes pasos de la BH y ser absorbidos, pasando así a la sangre. Dentro de estos AG insaturados formados en el rumen aparecen los ácidos linoleicos conjugados (ALC), resaltando entre ellos para este tema el ALC trans-10 cis-12 (Jenkins y Harvatine, 2014). Cabe recalcar que este ALC trans-10 cis-12 solo se produce en el rumen cuando las vacas son alimentadas con dietas desbalanceadas, mencionadas anteriormente. Estudios nutrigenómicos han revelado que este AG tendría la capacidad de disminuir la expresión de uno de los factores de transcripción que orquestan la expresión de genes relacionados con la presencia de grasa en la leche, afectando en mayor medida a aquellos involucrados en la síntesis de novo de AG en la glándula mamaria (Bauman et al., 2011).
De esta manera la grasa láctea disminuye en una relación directa a la cantidad de ALC trans-10 cis-12 que llega a la glándula mamaria, viéndose afectados en su mayoría los AG saturados de cadena corta y media. Esto último es de particular interés, ya que una disminución de los AG saturados de menos de 18 carbonos le otorgaría a la leche un perfil más insaturado, y con mayor concentración de algunos ALC, lo que es atractivo para algunos consumidores, por las propiedades anticarcinogénicas y antidiabetogénicas de estos ácidos grasos (Lock y Bauman, 2004). Además, cabe destacar que la literatura actual indica que los ácidos grasos saturados de cadena corta y media no serían perjudiciales para la salud humana (Mensink et al., 2003), contrario a lo que se creía en décadas pasadas, presentando estos ácidos grasos saturados algunas propiedades incluso benéficas para la salud de quienes consumen productos con grasa láctea bovina (Praagman et al., 2016). Esto es importante, ya que a través de la nutrigenómica podemos manipular el perfil de ácidos grasos en leche según los objetivos de producción y preferencia de consumidores.
No obstante, al manipular la dieta para producir un perfil más insaturado a través de la DGL, no hay que dejar de considerar que la cantidad de grasa producida disminuye, lo que afectaría directamente el precio de la leche y el rendimiento posterior de productos lácteos en base a grasa, repercutiendo negativamente en los productores. Esto refleja que son variados los factores implicados en la producción animal, pudiendo de esta manera haber más de un criterio al tener que decidir cómo aplicar la información científica en los sistemas comerciales.

La nutrigenómica también se está aplicando en cerdos, aves y otras especies
La nutrigenómica también se está aplicando en cerdos, aves y otras especies

Implicancias futuras

El potencial presente en las ciencias “Omicas” y en especial en la nutrigenómica es enorme, y lo comentado en este artículo corresponde solo a una pequeña parte de lo que se está llevando a cabo científicamente en la actualidad. Junto con la aplicación de la nutrigenómica en vacas lecheras, se están desarrollando investigaciones en bovinos de carne, cerdos y aves entre otros, lo cual indica las grandes expectativas que se tienen de su aplicación en la producción animal.
Dado que las posibles aplicaciones de la nutrigenómica son muy variadas (Figura 2), es un hecho que su desarrollo será exponencial en los años venideros, traduciéndose esto en que en el mediano a corto plazo permitirá aumentar tanto la eficiencia como la calidad de los productos animales de manera concreta.

Figura 2. Campos posibles de aplicación de la nutrigenómica

Adaptado de Zdunczyk y Pareek, 2009

DESTACADO
La literatura actual indica que los ácidos grasos saturados de cadena corta y media no serían perjudiciales para la salud humana (Mensink et al., 2003), contrario a lo que se creía en décadas pasadas.

Referencias
Bauman, D.E., Harvatine, K.J. & Lock, A.L. 2011 “Nutrigenomics, Rumen-Derived Bioactive Fatty Acids, and the Regulation of Milk Fat Synthesis”. Annual Review of Animal Biosciences, 31, 299-319.
Bionaz, M., Osorio, J. & Loor, J.J. 2015 “Nutrigenomics in dairy cows: Nutrients, transcription factors, and techniques”. Journal of Animal Science, 93(12), 1-23.
De Lorenzo, D. 2012 “Perspectivas presentes y futuras de la Nutrigenómica y la Nutrigenética en la medicina preventiva”. Nutrición Clínica y Dietética Hospitalaria, 32(2), 92-105.
Jenkins, T.C. & Harvatine, K.J. 2014 “Lipid Feeding and Milk Fat Depression”. Veterinary Clinics of North America: Food Animal Practice, 30(3), 623-642.
Lock, A.L. & Bauman, D.E. 2004 “Modifying Milk Fat Composition of Dairy Cows to Enhance Fatty Acids Beneficial to Human Health”. Lipids, 39(12), 1197-1206.
Loor, J.J., Bionaz, M. & Drackley, J.K. 2013 “Systems Physiology in Dairy Cattle: Nutritional Genomics and Beyond”. Annual Review of Animal Biosciences, 1, 365-392.
Loor, J.J., Vailati-Riboti, M., McCann, J.C., Zhou, Z. & Bionaz, M. 2015 “Nutrigenomics in livestock: Systems biology meets nutrition”. Journal of Animal Science, 93(12), 5554-5574.
Palmquist, D.L., Beaulieu, A.D. & Barbano, D.M. 1993 “Feed and animal factors influencing milk fat composition”. Journal of Dairy Science, 76, 1753-1771.
Praagman, J, Beulens, J.W., Alssema, M, Zock, P.L., Wanders, A.J., Sluijs. I, van der Schouw, Y.T 2016 “The association between dietary saturated fatty acids and ischemic heart disease depends on the type and source of fatty acid in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition-Netherlands cohort”. American Journal of Clinical Nutrition 103, 356-365.
Mensink, R.P., Zock, P.L., Kester, A.D., Katan, M.B. 2003 “Effects of dietary fatty acids and carbohydrates on the ratio of serum total to HDL cholesterol and on serum lipids and apolipoproteins: a meta-analysis of 60 controlled trials”. Amercian Journal of Clinical Nutrition 77, 1146-1155.
Sanhueza, J. & Valenzuela, A. 2012 “Nutrigenómica: Revelando los Aspectos Moleculares de una Nutrición Personalizada”. Revista Chilena de Nutrición, 39(1), 71-85.
Zdunczyk, Z. & Pareek, C.S 2009 “Application of nutrigenomics tools in animal feeding and nutritional research”. Journal of Animal and Feed Science, 18, 3-16.

 

 

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