PLANTEAMIENTO PROYECTO
El fósforo, en forma de fosfato inorgánico, es un macronutriente esencial en la dieta de todos los vertebrados y es indispensable para la formación y el desarrollo de tejidos duros como los huesos. La deficiencia en fósforo afecta principalmente al correcto desarrollo del sistema esquelético pero también produce alteraciones en el metabolismo intermediario, produciendo alteraciones en el crecimiento.
Sin embargo, y a pesar de su evidente importancia, se conoce muy poco sobre los mecanismos que regulan el equilibrio del fosfato inorgánico en la mayoría de las especies, incluidos los peces.
A nivel mundial la acuicultura es el sector alimentario con mayor crecimiento. Entre los principales desafíos de la cría comercial de peces se encuentran tanto la mejora de los piensos utilizados en la alimentación como la reducción de los nutrientes que son excretados en el agua. Actualmente, para la alimentación de los peces en sistemas acuícolas se utilizan dietas enriquecidas con fosfato inorgánico para así reducir la incidencia de anomalías esqueléticas, garantizar la salud y maximizar su crecimiento.
Sin embargo, se ha observado que niveles excesivos de fosfato inorgánico pueden tener efectos nocivos sobre los animales. Asimismo, el exceso presente en los efluentes de estos sistemas de cultivo esta convirtiendo la acuicultura en una de las principales fuentes en la eutrofización del medio acuático. Por lo tanto, la reducción de la producción de estos residuos disueltos es un factor clave para la sostenibilidad a largo plazo de la acuicultura en todo el mundo. Uno de los puntos fundamentales para lograr este objetivo es caracterizar y comprender los mecanismos que regulan la homeostasis del fosfato inorgánico en los peces, que en última instancia, nos permitirá saber los requisitos fisiológicos óptimos para un correcto desarrollo y un óptimo crecimiento de los animales y paralelamente una reducción en el impacto ambiental.
OBJETIVOS
El objetivo principal de este proyecto es realizar un estudio integral para caracterizar los mecanismos moleculares involucrados en la regulación de la homeostasis del fosfato en peces. Los objetivos específicos son: 1) la caracterización molecular y funcional de los posibles mecanismos moleculares, 2) el estudio tanto nivel genético como epigenético de los efectos que tiene el contenido de fósforo en la dieta en la regulación de estos posibles mecanismos moleculares y cómo afecta al correcto desarrollo y crecimiento de los peces. Entre los resultados esperados de este estudio se encuentran la adquisición de nociones básicas sobre el desarrollo de los vertebrados y el de nuevas estrategias de acuicultura intensiva que permitan un correcto desarrollo y un óptimo crecimiento de los peces y que al mismo tiempo genere menos residuos, contribuyendo así a hacer de la acuicultura un actividad sostenible tanto económicamente como ambientalmente.
Foto del pez cebra, con su correpondiente tomografia computerizada
Es un proyecto de posible carácter multidisciplinar que podría abarcar varias áreas de investigación y cuya aplicación estaría enfocada a las fabricas de piensos, productores, industria ingeniería biomédica, organismos de regulación, administración y consumidores.
El impacto científico, técnico e internacional esperado en este proyecto puede considerarse potencialmente importante. En cuanto al impacto científico, no cabe duda que esta investigación es muy novedosa. Globalmente, el proyecto aborda la caracterización y comprensión de los mecanismos que regulan la homeostasis del fosfato inorgánico en los peces, proceso muy poco caracterizado, y concretamente la caracterización de un nuevo neuropéptido potencialmente involucrado en la regulación de este macronutriente. Se espera que de este proyecto salgan publicaciones en revistas internacionales de cierto impacto. Es también esperable un claro impacto técnico. Comprender los mecanismos que regulan la homeostasis del fosfato inorgánico en los peces conducirá al diseño de estrategias innovadoras en el cultivo comercial de peces, es decir, mejorar requerimientos bióticos, en particular las necesidades nutricionales, con el fin de establecer nuevas formulaciones de alimentos para mejorar el crecimiento y el desarrollo de los animales y que al mismo tiempo generen menos residuos contribuyendo así a hacer de la acuicultura un actividad sostenible tanto económicamente como ambientalmente.
El proyecto contempla el uso paralelo de dos especies de peces. Por un lado, el pez cebra, un modelo animal ampliamente utilizado, lo que conllevará a ampliar la difusión del impacto científico del proyecto y, por otro, el uso de una importante especie comercial, el rodaballo, lo que comportará un claro impacto técnico con la consiguiente transferencia de resultados al sector productivo.
Por lo tanto, los resultados esperados no solo proporcionarán información relevante para el diseño de nuevas estrategias para el cultivo intensivo de peces, sino que también ofrecerán un conocimiento básico acerca del desarrollo del sistema esquelético de vertebrados. Así, con este proyecto se pretende poder transferir nuevos conocimientos, tecnología e información desde áreas en las que se ha realizado una gran inversión (genómica-epigenómica) hacia áreas de investigación aplicada consiguiendo un uso rentable y sostenible de las herramientas obtenidas.
ACTUACIONES PREVISTAS
Se realizará un estudio detallado tanto a nivel genético como epigenético de los efectos que tiene el contenido de fósforo de la dieta y en la caracterización de los mecanismos moleculares que regular su homeostasis y cómo afecta éste al correcto desarrollo y crecimiento de los animales.
Asimismo, gracias a los resultados obtenidos, se han iniciado recientemente una nueva líneas de investigación centrada en la transferencia de los resultados obtenidos al área de la ingeniería biomédica en humanos.
PRINCIPALES RESULTADOS OBTENIDOS
La ejecución de este proyecto de alta complejidad está siendo un éxito. Coincidiendo en el periodo medio de su ejecución, ya se ha finalizado la creación prevista de animales transgénicos y mutantes mediante técnicas de última generación: Tol2-Transposasa, CRIPR-Cas9, gracias a los cuales se ha podido caracterizar unas nuevas neuronas hipotalámicas que fabrican un nuevo neuropéptido, bautizado con el nombre PTH4, dado su gran parecido con la familia de las hormonas paratiroides. Se ha observado que este neuropéptido actúa como un potente regulador de la densidad ósea en peces y forma parte de una nueva vía neural de señalización cerebro-hueso en los peces.
Además, a través de estudios de genómica comparativa, se ha comprobado que este neuropéptido desapareció del genoma de los primeros mamíferos placentarios -la infraclase a la que pertenece el ser humano- hace unos 165 millones de años, lo que se puede relacionar con la pérdida evolutiva de los vertebrados al pasar del medio acuático al terrestre. Gracias ha este hallazgo, se abren ahora nuevas líneas de investigación acerca de su posible aplicación farmacológica para combatir la pérdida de masa ósea o la osteoporosis en humanos y acerca del desarrollo de nuevas estrategias de acuicultura intensiva que permitan, a través de la mejora de los piensos con menos fosfatos, un desarrollo medioambiental y económico más sostenible para esta actividad.
Pez transgenico marca neuronas fluorescentes
IIM-CSIC, IEO Vigo, Universidad de Vigo (UVigo), CCMAR-UALG (Portugal).
Destacar que este proyecto ha contado con el apoyo y conformidad de la Dr. Ana Riaza (Directora de I+D de Stolt Sea Farm), Dr. Alex Obach (Director I+D de Skretting), Pablo Caballero (Jefe servicio de Conservación de la Naturaleza (Consellería de Medio Ambiente, Territorio e Infraestructuras, Xunta de Galicia) y Javier Erice (director técnico del Departamento de Desarrollo Rural, Medio Ambiente y Administración Local (DRMAyAL) del Gobierno de Navarra).
Grupo de Patobiología Molecular Acuática
PÁGINA WEB:
ARTÍCULOS PUBLICADOS, PROYECTOS RELACIONADOS Y BIBLIOGRAFÍA:
Paula Suarez Bregua, Eva Torres Nuñez, Ankur Saxena, Pedro Guerreiro, Ingo Braasch, David A. Prober, Paloma Moran, Jose Miguel Cerda-Reverter, Shao Jun Du, Fatima Adrio, Deborah M. Power, Adelino V. M. Canario, John H. Postlethwait, Marianne E. Bronner, Cristian Cañestro & Josep Rotllant. (2016). Pth4, an ancient parathyroid hormone lost in eutherian mammals, reveals a new brain-to-bone signaling pathway. The FASEB Journal. doi: 10.1096/fj.201600815R.
P. Suarez-Bregua, A. Saxena, M.E. Bronner, P. Moran, J. Rotllant. Targeted pth4 cell ablation leads to an uncoupling of bone formation and mineralization. En: Avances en endocrinología comparada. Editorial: Servicio de Publicaciones de la Universidad Jaume I, Castellon) (In press).
DATOS DEL COORDINADOR:
Nombre y Apellidos: Josep Rotllant Moragas
Organismo/ Centro: Instituto Investigaciones Marinas (IIM-CSIC)
Correo electrónico: rotllant@iim.csic.es