Biotecnología aplicada a la acuicultura




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EDICIÓN Nº 86

Biotecnología aplicada a la acuicultura



Una antigua práctica

La producción de peces en estanques es una práctica antigua. Se cree que probablemente fue desarrollada por los primeros agricultores como otra herramienta para la producción primaria de alimentos. Las referencias más antiguas sobre esta práctica datan de hace aproximadamente 4000 años, en China, y de 3500 años, en la Mesopotamia. En la China antigua, durante la dinastía de Han Oriental (25 a 250 d.C.) fue documentada la producción combinada de arroz y de peces.

La acuicultura está mucho más relacionada a la agricultura y a la ganadería que a la pesca, pues implica la cría y el manejo de los recursos acuáticos vivientes en un medio ambiente restringido.

A diferencia de la pesca y de la caza, en donde se colectan animales a partir de recursos de acceso común o libre, la acuicultura implica la existencia de derechos de tenencia y de propiedad de dichos recursos. La posesión de los medios de producción y los derechos de propiedad sobre la producción son tan importantes para el éxito de la acuicultura, como la tenencia de la tierra lo es para la agricultura.

En la actualidad, la acuicultura implica algo más que la cría de peces en estanques. La FAO –Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación- define la acuicultura como la explotación de organismos acuáticos, incluyendo peces, moluscos, crustáceos y plantas acuáticas. El término “explotación” implica cierta forma de intervención en el proceso de cría con la finalidad de mejorar la producción, y presupone que las personas o asociaciones que la realizan son propietarios de la población bajo cultivo.

La acuicultura industrializada moderna es una actividad con un fuerte componente científico-técnico y se encuentra asociada a diversas disciplinas tales como la biología, la ingeniería y la economía. Las ramas de la biología más directamente implicadas en la producción acuícola son la fisiología, la etología, la genética, la ecología, la patología y la biotecnología.
Técnicas modernas en acuicultura

En 2000, la producción total notificada de la acuicultura (incluidas plantas acuáticas) fue de 45,7 millones de toneladas en peso. Según los informes, China produjo el 71 por ciento del volumen total y el 49,8 por ciento del valor total de la acuicultura. Más de la mitad de la producción total mundial de la acuicultura en 2000 consistió en peces propiamente dichos, y continúa hasta la fecha el aumento de la producción de los principales grupos de especies sin que se registre ningún descenso aparente (ver mapa). La producción mundial de plantas acuáticas ascendió a 10,1 millones de toneladas.

Estadísticas de la FAO del año 2000 indicaban que la producción de alimentos provenientes del medio acuático era cercana a 137 millones de toneladas métricas, de las cuales casi el 31% provenían de actividades de cultivo. La FAO también proyectó que, para satisfacer las necesidades de la población humana del 2025, la producción total debería aumentar a 165 millones de toneladas métricas. Este aumento significativo no puede provenir de las capturas de especies silvestres sin causar serios daños a los ecosistemas marinos, lagos y ríos. En consecuencia, el aumento en la producción de alimentos de origen acuático debe necesariamente provenir de un aumento en la eficiencia en la producción de estas especies cultivadas.

Para satisfacer las necesidades futuras, es necesario expandir la capacidad productiva a un amplio rango de recursos acuáticos incluyendo algas, peces, moluscos y crustáceos. Esto sólo se puede lograr a través de amplios esfuerzos en investigación en acuicultura en el ámbito mundial, basados en un sólido conocimiento de la biología reproductiva, del crecimiento y de la genética de las especies cultivadas.

Entre las áreas de investigación en desarrollo se encuentran: la maduración de reproductores, manejo de gametos, manipulaciones cromosómicas, control del sexo, incubación y desarrollo larvario, desarrollo embrionario y metamorfosis, nutrición, crecimiento, salud, genética, bancos de genes y transgénesis (obtención de organismos genéticamente modificados).


  • Inducción de maduración

La mayoría de las especies acuáticas no maduran normalmente en condiciones de cautiverio, especialmente cuando las variables ambientales que determinan el desarrollo de gonadas y la maduración de gametos están alteradas. En ciertas circunstancias es necesario acelerar o retrasar la maduración, a fin de sincronizar la producción de

gametos de machos y hembras, de adelantar o desfasar el desarrollo embrionario y la producción de juveniles, o facilitar la hibridización o cruzamiento de especies distintas que difieren en sus períodos de maduración.

Para inducir la maduración sexual, se utilizan varias técnicas, desde el uso de preparaciones conteniendo gonadotropinas (hormonas), hasta el uso de compuestos que estimulan la síntesis y liberación de gonadotrofina propias de los peces. Las investigaciones sobre los mecanismos fisiológicos que regulan la maduración y los métodos farmacológicos usados en condiciones artificiales, permiten desarrollar y sintetizar compuestos bioactivos análogos a hormonas de mamíferos o peces, que son efectivos en peces teleósteos. A medida que avanza el conocimiento de los aspectos endocrinológicos que regulan la reproducción de organismos acuáticos, se perfeccionarán los métodos para promover la maduración de especies en cautiverio, incluyendo peces y moluscos, y el desarrollo de estrategias reproductivas en crustáceos.


  • Control del sexo

En varias especies de peces y en algunos crustáceos, los animales de un sexo poseen mejores características productivas que aquellos del otro sexo. Estas características pueden incluir crecimiento más acelerado o maduración tardía.

Por ejemplo, los machos de los salmónidos maduran en promedio un año antes que las hembras. Los cambios secundarios causados por la maduración reducen el valor de mercado y obligan al productor a cosechar el producto antes de que haya logrado su crecimiento potencial completo. En algunos casos, como en el cultivo de tilapias, el cultivo monosexo, preferentemente machos, permite impedir la reproducción precoz durante la fase de crecimiento. La aplicación de técnicas de control de sexo también es necesaria para el aislamiento reproductivo de organismos genéticamente modificados, OGMs, impidiendo así interacciones con especies silvestres.

El control del sexo en organismos acuáticos cultivados se logra usando métodos endocrinos o manipulación de cromosomas.

Los métodos endocrinos implican el uso de compuestos androgénicos o estrogénicos durante las primeras etapas de desarrollo, que permiten obtener peces de un determinado sexo, sobrepasando la determinación sexual genética (la que viene determinada por los cromosomas sexuales). En ciertas especies es también posible usar esteroides sexuales para la inversión sexual de peces, que pueden producir gametos monosexo (carentes de cromosomas que determinan el sexo opuesto). Por ejemplo, en Chile se usan neo-machos (machos que producen espermatozoides con cromosomas que determinan la formación de hembras solamente), para la producción de poblaciones hembra en truchas y en salmón del Atlántico.

En muchos casos se emplean sondas (porción pequeña de ADN de simple cadena que permite “detectar” un gen o segmento de ADN de interés (ver Cuaderno Nº 67) para la

detección de ciertas secuencias que identifican al cromosoma Y (determinante de masculinidad). Esta técnica facilita la selección de peces según sus características sexuales genéticas (genotipo), independientemente de su sexo funcional o fenotipo.

Las técnicas de manipulación de juegos de cromosomas suelen ser usadas en combinación con métodos endocrinos. La inducción de hembras triploides (con tres juegos o sets completos de cromosomas) permite generar individuos estériles.

Salmones y truchas triploides de sexo femenino solamente, han sido generados también en Chile con el objeto de optimizar características productivas y eliminar maduración precoz que tiene lugar en los machos.


  • Genética molecular y diagnóstico

Los avances desarrollados en los últimos años, especialmente luego de la implementación de la técnica de “Reacción en Cadena de la Polimerasa” o PCR (Ver Cuaderno Nº 67), han permitido perfeccionar los estudios en áreas de genética y reproducción, agentes patógenos y evaluación del estado sanitario de los peces.

Por ejemplo, se han desarrollado técnicas que permiten la detección de salmones escapados de jaulas de cultivo viviendo en el ambiente natural, a fin de evaluar posibles impactos ambientales. Por otra parte, un ensayo basado en PCR con el cual se estudian secuencias nucleotídicas correspondientes al cromosoma Y, permite la rápida detección del sexo genético en varias especies de salmónidos.

Además, los organismos acuáticos cultivados pueden ser afectados por una variedad de patógenos incluyendo virus, bacterias y parásitos. La detección temprana de estas patologías puede ser difícil mientras los síntomas de la enfermedad no son evidentes.

Sin embargo, técnicas moleculares y pruebas basadas en ADN permiten detectar las secuencias específicas de ciertos patógenos e identificar estas secuencias foráneas en el ADN de los organismos huéspedes (peces) expuestos a infección.

Las técnicas moleculares permiten también detectar la expresión de genes que codifican enzimas involucradas con la excreción de compuestos orgánicos nocivos que pueden provenir de fuentes naturales o industriales (compuestos aromáticos policlorados, PCBs, compuestos aromáticos polinucleados, PAHs, y dioxinas). De esta manera, si se determina la expresión de estos genes, significa que los organismos acuáticos han sido expuestos a contaminación ambiental.


  • Organismos genéticamente modificados

La modificación genética de especies acuáticas puede incrementar la cantidad y la calidad de los productos de la acuicultura.

Se han identificado varios genes de interés que pueden transferirse a distintas especies. Por ejemplo, entre los genes que se han identificado figuran los que producen:

  • hormonas de crecimiento para incrementar el crecimiento y la eficiencia



  • la proteína anticongelante para incrementar la tolerancia al frío y el crecimiento

  • la lisozima para elevar la resistencia a las enfermedades

  • las hormonas prolactinas que influyen en la incubación, regulación osmótica, comportamiento y metabolismo general.


Algunos genes pueden crear una «pérdida de función». Por ejemplo, pueden bloquear la emisión de gonadotropina, retrasando o reduciendo así la reproducción.

Estudios experimentales sobre organismos transgénicos demostraron que pueden mejorarse las tasas de crecimiento y otras características comercialmente importantes, como la resistencia a enfermedades y la tolerancia al medio ambiente. En el ámbito mundial, se están desarrollando más de una docena de peces transgénicos y otros más se hallan en las fases iniciales de desarrollo o se están utilizando en investigaciones básicas sobre actuación, fisiología y desarrollo de los genes. Sin embargo, aún ninguno de estos eventos se encuentra en etapa de comercialización. Estos eventos se resumen en la siguiente tabla:
Tabla 1: Algunos organismos acuáticos transgénicos en estudio para su uso en acuicultura

(Nota: PAC = gen de proteína anticongelante de peces planos del Ártico.
HC = gen de hormona de crecimiento.)


Especies

Gen extraño

Efectos deseados y observaciones

País

Salmón del Atlántico

  • PAC

  • PAC + HC de salmón

  • Tolerancia al frío

  • Mayor crecimiento y eficiencia de la alimentación

Estados Unidos, Canadá

Salmón Coho

HC de salmón real + PAC

Después de un año aumento de 10 a 30 veces del crecimiento

Canadá

Salmón real

PAC, HC de salmón

Mayor crecimiento y eficiencia de la alimentación

Nueva Zelanda

Trucha arco iris

PAC, HC de salmón

Mayor crecimiento y eficiencia de la alimentación

Estados Unidos, Canadá

Trucha clarki

HC de salmón real + PAC

Mayor crecimiento

Canadá

Tilapia

PAC, HC de salmón

Mayor crecimiento y eficiencia de la alimentación; herencia estable

Canadá, Reino Unido

Tilapia

HC de tilapia

Mayor crecimiento y herencia estable

Cuba

Tilapia

Gen productor de insulina de tilapia modificado

Producción de insulina humana para diabéticos

Canadá

Salmón

Gen lisosoma de trucha arco iris y gen pleurocidina de platija

Resistencia a enfermedades, todavía en desarrollo

Estados Unidos, Canadá

Lubina estriada

Genes de insectos

Resistencia a enfermedades, todavía en primeras fases de investigación

Estados Unidos

Locha de fango

HC de locha de fango + genes promotores de locha de fango y ratón

Mayor crecimiento y eficiencia en la alimentación

Aumento de 2 a 30 veces en el crecimiento, transgén heredable

China, República de Corea

Coto punteado

HC

Crecimiento mejor en 33% en condiciones de cultivo

Estados Unidos

Carpa común

HC de salmón y humano

Crecimiento mejor en 150% en condiciones de cultivo, mejor resistencia a enfermedades; tolerancia a poco oxígeno

China, Estados Unidos

Carpa india

HC humano

Mayor crecimiento

India

Pez dorado

HC, PAC

Mayor crecimiento

China

Orejas de mar

HC de salmón Coho + varios promotores

Mayor crecimiento

Estados Unidos

Ostras

HC de salmón Coho + varios promotores

Mayor crecimiento

Estados Unidos


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