TEMA 3. Algunas aplicaciones de la biotecnología genética a la biotecnología alimentaria
1- Diagnóstico de patologías hereditarias con repercusión sobre la cantidad o calidad de los productos
2- Detección de genes con influencia en la cantidad o calidad de los productos
3- Identificación genética individual, racial o específica
4- Detección de microorganismos en alimentos
5- Detección de transgénicos
OMIA (Online Mendelian Inheritance in Animals) : Base de datos de genes y enfermedades
hereditarias en 137 especies animales
11. . DIAGNÓSTICO DE PATOLOGÍAS HEREDITARIASDIAGNÓSTICO DE PATOLOGÍAS HEREDITARIAS
Total Caracteres
567 408 298 223 205 202 188 72 59 593 2815
Caracteresmendelianos
204 119 66 37 88 79 81 11 21 117 773
Caracteres Mendelianos(mutación conocida)
150 70 37 15 24 25 28 8 7 52 416
Potenciales modelos caracteres humanos
268 137 151 75 104 75 40 29 38 255 1172
DOG VACA GATO CERDO CABALLO
OVEJA POLLO
CABRA
CONEJO OTROS TOTAL
Malignant hyperthermia (Phene ID 1193, Group 000621) in Sus scrofa
Possible human homologue (MIM number) 145600 180901 Symbol PSSCross Species SummaryMalignant hyperthermia. A progressive increase in body temperature, muscle rigidity and metabolic acidosis, leading to rapid death.SummaryIn pigs, malignant hyperthermia (MH) leads to rapid post-mortem changes in muscle, resulting in pale soft exudative (PSE) meat. MH can be triggered by a minor stress, such as loading, transport, sexual intercourse, high ambient temperature, or exposure to the anaesthetic halothane. Susceptibility to halothane-induced MH is an autosomal recessive trait in pigs. Together, sudden death syndrome and PSE constitute porcine stress syndrome (PSS), which became a major economic problem in many countries in the 1970s. In part, this was due to strong selection for increased leanness, which is associated with susceptibility to PSS. In 1991, a major breakthrough occurred when a Canadian research team led by David MacLennan (Fujii et al., 1991) showed that MH is due to a base substitution (C-T) in the 1843rd nucleotide of the gene for the calcium release channel in the sarcoplasmic reticulum of skeletal muscle. The base substitution causes an amino-acid substitution (arginine - cysteine) in the 615th position of the calcium release channel, resulting in altered calcium flow. A PCR genotyping test based on the causative mutation has been used extensively in many countries, leading to the elimination of the mutation from many herds.
Species Specific Name Porcine Stress SyndromeGenetic TestVarious PCR genotyping tests have been devised, all based on detection of an RFLP resulting from the causative base substitution.Single Locus yesCharacterised at a molecular level Yes
SINDROME DE ESTRÉS PORCINO (PSS)
El Síndrome Estrés Porcino (PSS) es una enfermedad hereditaria, que presenta un modelo de herencia recesiva
SINTOMAS
TaquicardiaRigidez muscular
Aumento progresivo de la temperatura corporalMuerte
LESIONES
Hipertrofia muscularEdema pulmonar
CARNES PSE (pale, soft, exhudative)- palidas, blandas y exhudativas-
CARNES DFD (dark, firm, dry) – dura, seca y oscura
Característica Carne PSE Carne DFD
Glucólisis, descenso pH muy rápidoLentamente y
parcial
Valor pH < 5,8 >6,2 (también pH)
Color pálida oscura
Consistencia blanda densa, pegajosa
Capacidad de enlace de agua
baja elevada
Pérdida de líquidos alta baja
Conservación reducida reducida
Dureza menor mayor
CARACTERÍSTICAS CARNES EN ANIMALES CON PSS
DETECCIÓN DEL SINDROME DE ESTRÉS PORCINO (PSS)
Mutación en el gen de RYR-l: Receptor de la ryanodina- Gen para la liberación del calcio en el músculo esquelético -
Sustitución C-T en el nucleótido 1843
Sustitución arginina–cisteina en al posición 615
C/C: Individuos sanos y no portadores
C/T: Individuos sanos y portadoresT/T: Individuos enfermos
DETECCIÓN DEL SINDROME DE ESTRÉS PORCINO PCR/RFLPs
Alelo C
PCR 199bp
Alelo T 165bp 34bp
BsiHKA I
199bp
Existen genes que determinan el Existen genes que determinan el sexo y que tiene una secuencia sexo y que tiene una secuencia
distinta en machos o en hembrasdistinta en machos o en hembrasImportante determinar el sexo del embrión para los Importante determinar el sexo del embrión para los
programas MOET = ovulación múltiple y programas MOET = ovulación múltiple y transferencia de embriones, pero también el origen transferencia de embriones, pero también el origen
de determinados productos en los que la de determinados productos en los que la características y el valor economico pueden variar características y el valor economico pueden variar
según el sexosegún el sexo
2- Detección de genes con influencia en la cantidad o calidad de los productos
GENES RELACIONADOS CON LA GRASA
DAGT 1 en vacuno: tiene una gran influencia en
la cantidad de grasa en la leche
G G A A
grasa en la leche
Grasa en la leche
SI ANALIZAMOS EL ADN DE LOS INDIVIDUOS PODREMOS SELECCIONAR DIRECTAMENTE POR EL
GENOTIPO
Más genes interesantes…
HAY OTROS GENES DE INTERES RELACIONADOS CON CARACTERES
PRODUCTIVOS K-Caseína - mayor rendimiento en la producción
de queso
IGF2 – Desarrollo muscular y depósitos grasos
RYR 1 – Desarrollo muscular e hipertermia maligna Síndrome de estrés porcino (SSP)
PRKAG 3 – Aumenta la cantidad de glucógeno del músculo en un 70% y el desarrollo muscular
MIOSTATINA –Hipertrofia muscular o doble musculatura
GEN DE LA MIOSTATINA PERDIDA DE FUNCIÓN DEL GEN GENERA UN
FENOTIPO SIMILAR EN LAS TRES ESPECIES DE MAMÍFEROSHipertrofia muscular
“ CULONES “
Fotografías obtenidas de Fotografías obtenidas de Genome research (Womack, Genome research (Womack, 2005)2005)
- mayor rendimiento a la canal- mayor proporción de músculo - menor proporción de hueso - mucha menor proporción de grasa
AUTENTIFICACIÓNAUTENTIFICACIÓN
3. IDENTIFICACIÓN GENÉTICA3. IDENTIFICACIÓN GENÉTICA
TRAZABILIDADTRAZABILIDAD
En ambos casos se trata de utilizar los marcadores del DNA con diferentes propósitos:
1.- Identificación individuos en diferentes etapas del proceso productivo (de la granja a la mesa)- Verificación de otros sistemas de identificación- Sistema trazabilidad
2.- Identificación de origen genético (raza). Verificación denominaciones de origen o marcas de calidad
3.- Identificación de especies. Identificación de especies en mezclas o sustituciones
Seguridad Seguridad alimentariaalimentaria
Crisis de las vacas locas, Crisis de las vacas locas, listeriosis, dioxinas, etclisteriosis, dioxinas, etc
PREOCUPACIÓN CRECIENTE ENTRE LOS CONSUMIDORESPREOCUPACIÓN CRECIENTE ENTRE LOS CONSUMIDORES
OBLIGATORIEDAD DE OBLIGATORIEDAD DE ESTABLECIMIENTO DE UN ESTABLECIMIENTO DE UN SISTEMA SISTEMA
DE TRAZABILIDADDE TRAZABILIDAD
¿ Qué significa TRAZABILIDAD Qué significa TRAZABILIDAD ?
“Establecimiento de un sistema que permita identificar un animal y poder llevar a cabo el seguimiento de sus
movimientos a lo largo de toda su vida desde el nacimiento hasta la llegada de su
carne hasta el consumidor”
Sistema de trazabilidad genéticaSistema de trazabilidad genética
Sistema basado en el análisis del ADNSistema basado en el análisis del ADN
FUNDAMENTO: FUNDAMENTO: Los animales presentan diferencias en su ADN,
a excepción de los gemelos monocigóticos o los clones.
Como media, 1 de cada 1000 bases del ADN Como media, 1 de cada 1000 bases del ADN (de los 3.000.000.000) es diferente entre (de los 3.000.000.000) es diferente entre
animalesanimales
SISTEMA FIABLE Y REPETIBLESISTEMA FIABLE Y REPETIBLELa información genética contenida en las La información genética contenida en las células es igual en todas las partes del células es igual en todas las partes del
cuerpo del animal y no varía con el tiempocuerpo del animal y no varía con el tiempo
Marcadores utilizados :
MICROSATÉLITES
SNPs
IDENTIFICACIÓN DE ORIGEN RACIAL
CONTROL DE CALIDAD Ejemplo: productos derivados de cerdo ibérico
(UTILIZACIÓN DE MARCADORES ESPECÍFICOS DE RAZA)
ANÁLISIS DE LOS GENES MC1R Y Pink PCR/RFLPs
MC1R- Receptor de la melanocortina 1
Pink
Genes que determinan el color de la capa
MC1R y Pink presentan alelos fijados en la raza Duroc que no aparecen en poblaciones de cerdo ibérico
Datos obtenidos de Fernández et al 2003
> Demanda > Demanda de productos de calidadde productos de calidad
IDENTIFICACIÓN DE ESPECIES
Autentificación
Fraudes económicos
Razones filosóficas y religiosas
Cuestiones legales
C/Pt Pt O Pv Pll C PtC/Pt Pt O Pv Pll C Pt
Identificación de especies mediante RAPDs
Aplicable a la detección de fraudes en patés
Identificación de especies mediante RAPDs
310 pb 290 pb
750 pb
340 pb
Caprino Ovino Bovino
Aplicable a carne o a quesos
Identificación de especie mediante amplificación de fragmento específico de
porcino( Patente LAGENBIO- Universidad de Zaragoza )
b o cp cv pll pv pt e -
Muestras sanguíneas de diferentes especies- solamente se amplifica en cerdo
Pietrain Chato Murciano Landrace Large White
AMPLIFICACIÓN DEL FRAGMENTO ESPECÍFICO DE CERDO EN DIFERENTES RAZAS
Cuantificación
1% 5% 10% 25% 50% 75% 100%
Nos permite demostrar no solo que hay presencia de cerdo, sino en que proporción en una mezcla.
CASO PRACTICO.Identificación de especies por sustitución
•Denuncia de venta de cordero en lugar de cabrito en Navidad 08•Utilización de RAPDs •Recepción en el laboratorio: muestra de carne
Cabra 1 Cabra 2Muestra
problemaMuestr
aproble
ma
Oveja 1 Oveja 2 vaca
SOLUCIÓN: LA MUESTRA PROBLEMA ES CORDERO Y NO CABRITO
4.- DETECCIÓN DE MICRORGANISMOS EN ALIMENTOS
-Imprescindible en la Seguridad alimentaria
- En los Estados Unidos se dan aproximadamente 76 millones de casos de intoxicación alimentaria (26.000 casos por cada 100.000 habitantes),5 de los que:350.000 son hospitalizados (111 por 100.000 hab.) 5.000 mueren (1,7 por 100.000 hab.)
- Salmonella , Listeria , Toxoplasma, Campilobacter, E.coli O157 son los agentes màs frecuentes en las infecciones causadas por alimentos
Tests genéticos aplicados a la detección de microorganismos
- Se aplica la técnica de PCR
- Se basa en la identificación de un fragmento de DNA específico del microrganismo contaminante
Bacterias en alimentos pueden ocasionar grandes pérdidas económicas
• Deterioran los alimentos
• Origina enfermedades en consumidores por su dificultad de eliminación
VENTAJAS VENTAJAS
1.1.Sensibilidad Sensibilidad 2.2.Especificidad Especificidad 3.3.Capacidad de procesamiento de gran número de muestrasCapacidad de procesamiento de gran número de muestras
Detección rápida de bacterias productoras de exopolisacáridos del tipo beta-glucano. El uso de este método podría permitir la prevención del ahilamiento de bebidas alcohólicas en el que están implicados estos polisacáridos (especialmente la sidra).
Detección gen gtf mediante PCR
DENTRO DEL PRIMER GRUPO (deterioran los alimentos):
DENTRO DEL SEGUNDO GRUPO (causan enfermedades)
Microrganismos Trastorno Posible producto Método
que ocasiona portadorAcrobacter spp
Bacillus cereus
Campilobacter spp
Clostridium botulinum
Clostridium perfringens
E.Coli
Listeria spp
Salmonella spp
Shigella spp
Vibrio cholera
Yersinia enterocolitica
Diarrea
Diarrea, vómitos
Diarrea
Botulismo, vómitos
Diarrea, dolor abd.
Diarrea, colitis
Listeriosis
Gastroenteritis
Fiebre , calambres
Cólera
Yersiniosis
Carne de aves
Arroz, prod. Lacteos Y cárnicos
Aves, cerdo , res y Leche cruda
Pescado, miel, latas
Carne de res y aves,Salsas
Carne y productosLácteos
Pate, leche, queso, carneMariscos, ensalada de col
Leche, huevo crudo, carnede res y ave
Mayonesa, vegetales crudosLeche y aves
Ostras crudas, pescado
Leche, tofu, canales de cerdo
RAPD-PCR
PCR
PCR múltiple
PCR anidado
PCR duplex
PCR múltipleRT- PCR
PCR-múltiple RT- PCRRT- PCR
PCR simple
RT- PCR
RT- PCR
EXISTEN KITS COMERCIALESEXISTEN KITS COMERCIALES
BAX (Qualicom, USA) Salmonella
Listeria
E.Coli O157:H7
PROBELIA (Sanofi, France) Salmonella
Listeria
TAQMAN (Perkin Elmer, USA) Salmonella
Listeria
E.Coli O 157
VENTAJAS DE LA TÉCNICA DE PCR EN LA DETECCIÓN DE PATÓGENOS
- Rapidez- Simplicidad (disponibilidad de Kits comerciales)- Alta sensibilidad ( permite diferenciar cepas)- PCR cuantitativo permite la cuantificación del nivel de patógenos
+ + + + + - -
Presencia de banda - Diagnóstico +Ausencia de banda - Diagnóstico -
PCR
ORGANISMO GENETICAMENTE MODIFICADO
(Directiva 2001/18/CE)
Cualquier organismo, con excepción de los seres humanos, cuyo material genético ha sido
modificado de una manera que no se produce de forma natural en el apareamiento ni en la
recombinación natural
5.- Detección de transgénicos
ETIQUETADO
-La UE “reconoce el derecho de los consumidores a la información y el etiquetado como herramienta para una elección responsable”
- La obligatoriedad del etiquetado se regula en los reglamentos 1829 y 1830 / 2003 del Reglamento Europeo y del Consejo de 22 de Septiembre de 2003
- El etiquetado indicando la presencia de un OMG es obligatorio en todos los casos y sin depender de la cantidad de OMG presente
Creación de plantas transgénicas
Detección de transgénicos en una mezcla con una sensibilidad 0,1%
Aplicación a la verificación de etiquetas, seguimiento y detección de fraudes
Mediante técnica PCR
DETECCIÓN POR PCR DE MAÍZ TRANSGÉNICO
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