La secuenciación del genoma bovino ha contado con la participación del Itacyl

Cristina G. Pedraz/DICYT Tras seis años de trabajo y una inversión cercana a los 53 millones de dólares, científicos de todo el mundo han logrado secuenciar el genoma del primer mamífero de abasto, una vaca de la raza Hereford denominada L1 Dominette 01449. Castilla y León ha tenido presencia en este proyecto, que se ha materializado el pasado 24 de abril con la publicación de la secuencia completa en la revista Science.

El Instituto Tecnológico Agrario (Itacyl) perteneciente a la Consejería de Agricultura y Ganadería de la Junta de Castilla y León, ha formado parte del Bovine Genome Consortium, encargándose de la anotación manual de todos los genes de comportamiento junto con la Universidad norteamericana de Texas, ya que ambos centros investigan en esta línea. La aventura comenzó en 2003, cuando se puso en marcha el proyecto liderado por la Universidad de Georgetown y el Baylor College of Medicin de Houston, institución que ya impulsó la secuenciación del genoma humano.

Tras contactar con los científicos que trabajan a nivel mundial en el sector bovino, se dividieron las diferentes tareas necesarias para llevar a cabo la secuenciación. En total, se logró involucrar a 300 científicos de 25 países, y son más de un centenar las instituciones que figuran como autoras del artículo final. Marta Hernández, responsable del Laboratorio de Biología Molecular del Itacyl, explica que una vez que las bases de la secuencia de ADN de Dominette estuvieron ordenadas, es decir, ensambladas mediante un proceso bioinformático, se localizaron y anotaron todos los genes y elementos genéticos que conforman la estructura del ADN.

En un primer momento, se anotaron 18.000 genes mediante herramientas bioinformáticas y, posteriormente, otros 4.000 de forma manual haciendo uso del conocimiento científico de 150 investigadores de 15 países, entre ellas la investigadora del Itacyl.

Información de 22.000 genes

Una de las líneas de investigación del Instituto se centra en la búsqueda de genes de comportamiento en bovino extensivo y toro de lidia que aporten las claves para conocer más aspectos sobre su biología. Con su participación en el Bovine Genome Consortium se tiene la información de los 22.000 genes que se han descrito en la raza Hereford, una de las 800 que existen en todo el mundo.

Esta información servirá de pauta para comparar las diversas razas bovinas, que en general se dividen en europeas (vacas sin joroba) e índicas (con joroba o giba).El estudio ha concluido que el tamaño del genoma de la vaca es de 2.870 millones de pares de bases (aproximadamente la misma longitud que el humano, de 3.000 Mb), consta de 30 cromosomas en dotación diploide y al menos 22.000 genes. La mayoría de cromosomas de la vaca se corresponden con partes o todos de los cromosomas humanos, aunque el ADN se ha reorganizado en algunas zonas. Así, el genoma de la vaca es más parecido al de los humanos que el de la rata o el ratón, animales mamíferos, pero de laboratorio, que se habían secuenciado hasta el momento.

Hombre y vaca, pasado común

La elección de la vaca para la secuenciación del primer mamífero doméstico se basa en que este animal tiene gran importancia en varios aspectos, como la trayectoria evolutiva, la contribución a la producción ganadera, el abastecimiento de alimento y abrigo al hombre o el desarrollo de biofármacos. En cuanto a la evolución, los científicos han determinado que la vaca doméstica y otros rumiantes derivaron de un ancestro común que dio lugar a los humanos hace 95 millones de años, por lo que todavía ambos guardan un alto grado de conservación en la organización de sus cromosomas.

Asimismo, algunos reordenamientos que ha experimentado el ADN de la vaca durante la evolución han sido importantes en su biología, según apuntan los expertos, puesto que afectan a genes implicados sobre todo en inmunidad, lactación, metabolismo y digestión. Este hecho ayudaría a explicar, por ejemplo, la habilidad de la vaca de convertir forraje de baja calidad en carne y leche con una alta eficiencia. En este sentido, se ha descubierto que uno de los reordenamientos, en concreto, afecta a un gen en el tejido mamario, que sufre una regulación especial durante la lactación y produce una nueva proteína con actividad antimicrobiana. La secuenciación del genoma de la vaca marca el camino para dirigir la investigación hacia la producción sostenible de alimentos en un mundo con una población humana creciente, según estima el Bovine Genome Consortium. Además, la repercusión del proyecto en las explotaciones ganaderas y en las industrias lecheras y cárnicas será enorme, por la contribución al conocimiento de aquellos genes que condicionan determinados caracteres implicados en la producción. La selección genética posibilitará la obtención de animales con mejores cualidades y que ofrezcan un mayor rendimiento, es decir, una transformación de energía más eficiente que reduzca su emisión de gases de efecto invernadero.

Proyecto HapMap

Paralelamente al proyecto de secuenciación del genoma bovino se ha desarrollado el proyecto HapMap, un mapa literal de la diversidad genética entre las diferentes poblaciones donde se describe la variación genética de las distintas ramas del árbol bovino.Este árbol comienza con la mayor división entre bovino taurino sin joroba, localizado de forma más común en Europa, África y en el Este y Oeste de Asia; y el que se encuentra en la India, Sur y Oeste de Asia y Este de África. Los investigadores compararon el genoma de la vaca Hereford con otras seis razas bovinas para buscar SNPs (mutaciones puntuales en el genoma). Para ello, se estudiaron 497 animales de 17 localizaciones geográficas diferentes, así como dos especies de búfalo relacionadas, el anoa y el ‘water buffalo’.

Retos de futuro

Con el objetivo de poner en común el trabajo realizado por cada centro y establecer alianzas que permitan desarrollar nuevos proyectos, los cerca de 70 investigadores que han participado más activamente en el Bovine Genome Consortium se dieron cita entre el 9 y el 11 de mayo en el Cold Spring Harbor Laboratory de Nueva York, un laboratorio “de referencia” que hasta el año pasado estuvo dirigido por el doctor James Watson, premio Nobel y codescubridor de la estructura de la doble hélice del ADN en 1953.

Entre los investigadores que acudieron a la reunión se encuentra la responsable del Laboratorio de Biología Molecular del Itacyl, quien asegura haber establecido contactos con otros centros internacionales para poner en marcha estudios conjuntos tras lograr la secuencia completa del genoma. Así, se prevé colaborar con varias universidades y centros de investigación, entre los que figura la Universidad de Mississippii o el Shirakawa Institute of Animal Genetics de Japón, que trabajan en líneas similares a las del Instituto Tecnológico Agrario, con el fin de intercambiar personal y transmitir el conocimiento entre las entidades en la materia. Además, las relaciones son cercanas con el Wellcome Trust Sanger Institute de Cambridge, en Inglaterra, ya que este centro dirigió la anotación en Europa.

Tras la secuenciación del genoma de Dominette el objetivo ahora es “analizar, comparar datos, buscar polimorfismos y crear herramientas útiles para la selección genética natural, ya que sabiendo qué genes codifican unos caracteres, se puede seleccionar cuando un individuo los porta y que éstos sean transmisibles a su descendencia”, precisa la investigadora. En la actualidad se está concluyendo la secuenciación del cromosoma Y de un macho Hereford, llamado L1 Dominette 01449 y padre de la vaca secuenciada. El análisis de éste cromosoma es interesante para conocer los caracteres que se transmiten vía paterna, teniendo en cuenta que sus posibilidades de reproducción, y por tanto de transmisión de genes, son mucho más amplias que las de una hembra, que tan sólo puede tener una cantidad limitada de hijas.

Además del Instituto Tecnológico Agrario de la Consejería de Agricultura y Ganadería, en el proyecto ha participado otro centro de investigación español, Se trata de la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona, que ya formó parte de la secuenciación del genoma humano, del ratón y de la rata, bajo la dirección del doctor Roderic Guigó.

El proyecto de secuenciación ha sido dirigido por los doctores Gibbs y George Weinstock, codirectores del Baylor College of Medicine; la doctora Christine Elsik de la Universidad de Gerorgetown y el doctor Ross Tellam del Csiro (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) australiano.Por otra parte, el HapMap project estuvo liderado por Gibbs, el doctor Curt Can Tassell del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y el doctor Jeremy Taylor de la Universidad de Missouri. En relación con la financiación, se obtuvo a nivel internacional y más de la mitad la aportó el National Human Genome Research Institute.

Un genoma humano completo podría costar 5.000 dólares

Uno de los objetivos de la comunidad científica internacional es que el coste de secuenciación de genomas se reduzca considerablemente. El genoma de la rata contó con una inversión de 100 millones de dólares, mientras que el humano costó cerca de tres billones. Las cantidades se han reducido y el genoma de la vaca se ha financiado con 53 millones de dólares. No obstante, se espera que en los próximos años la secuenciación de un genoma humano no cueste más de 5.000, e incluso 1.000 a un plazo más largo. Realizar una secuenciación completa es un proceso muy costoso, tanto en tiempo como en dinero. El proyecto de la vaca se inició hace seis años con la búsqueda de financiación y la secuenciación se ha extendido durante tres, por lo que supone un enorme éxito haberlo concluido tan pronto (el humano se extendió a lo largo de 13 años). El éxito radica en el amplio consorcio internacional. El proceso de secuenciación se repitió hasta siete veces con el fin de obtener resultados fidedignos, tal y como señala Marta Hernández, quien destaca que el esfuerzo realizado para obtener la secuencia de Dominette proporciona una información clave que permitirá reducir esfuerzos y costes en la secuenciación de otros bovinos, es decir, en la resecuenciación de genomas. Con la secuencia de referencia obtenida se podrán comparar todas las razas, sin necesidad de volver a secuenciar todo el genoma.Asimismo, se podrán secuenciar determinadas partes interesantes y buscar polimorfismos.