Francesc Piferrer

Francesc Piferrer confía en la investigación para afrontar algunos retos de la acuicultura. Augura que la epigenética, que estudia la influencia de factores externos en la alteración de los genes, es clave para entender cuestiones que aún no son comprendidas. Por el momento, su grupo de Biología de la Reproducción ha descubierto que hay un mecanismo epigenético que explica cómo la temperatura influye en el aumento de la proporción de machos en la lubina. Desde el CSIC también participa en uno de los proyectos de mayor envergadura para la mejora de la producción en acuicultura mediante herramientas de genómica y biotecnología, el proyecto Consolider Aquagenomics.

El proyecto Aquagenomics para la mejora de la producción en acuicultura mediante herramientas de biotecnología se encuentra en la fase final. ¿Qué resultados se han obtenido?

A mi entender, el proyecto Aquagenomics ha tenido tres grandes contribuciones. En primer lugar, se han desarrollado una serie de potentes herramientas para el estudio de distintos aspectos de la biología de especies muy importantes para la acuicultura española, como son la lubina, la dorada y el rodaballo. Estas herramientas son, fundamentalmente, bases de datos que contienen un elevado número de secuencias de genes relevantes para la producción, obtenidas mediante el empleo de técnicas de secuenciación masiva, así como microarrays específicos para el estudio de la expresión de estos genes. Otras herramientas importantes han sido el desarrollo de proteínas recombinantes, utilizadas principalmente para el estudio de la maduración precoz de los peces.

En segundo lugar, se ha realizado un considerable número de experimentos con las citadas especies empleando estas herramientas y algunos datos obtenidos están en fase de análisis. Estos experimentos representan un paso importante en nuestra compresión de prácticamente todos los procesos implicados en la producción y relacionados con el desarrollo, crecimiento, respuesta al estrés y enfermedades y reproducción.

En tercer lugar, el proyecto ha permitido que grupos de investigación con distintas especialidades relacionadas con la acuicultura hayan incorporado de pleno las técnicas genómicas de última generación en sus estudios, con la formación de personal especializado en las mismas, personal joven mayoritariamente, lo que, colectivamente, representa también un logro importante.

¿Qué líneas destacaría en las distintas áreas del proyecto?

En inmunología se han estudiado el desarrollo de vacunas y los mecanismos de interacción entre el huésped y el patógeno para comprender mejor las enfermedades de las principales especies para la acuicultura marina en España. En cuanto a la reproducción, se han estudiado dos temas importantes. Por un lado, los procesos de determinación y diferenciación sexual y, por otro, la maduración precoz, que afecta sobre todo a los machos de la lubina.

En el caso de la diferenciación sexual se han hecho estudios para comprender los mecanismos moleculares que pueden determinar el sexo de los peces de acuicultura. Es de mucha importancia puesto que se pretende fomentar el cultivo del sexo que crece más, que normalmente son las hembras. En el caso de los estudios de crecimiento y desarrollo se ha aplicado la genómica funcional para comprender procesos tan importantes como la metamorfosis de los peces, el control del nivel de la ingesta de estos animales y la substitución de aceites y harinas de origen animal por vegetal.

En este caso, ¿podría ser una alternativa real el uso de piensos de origen vegetal para substituir los piensos elaborados con harinas y aceites de pescado?

Idealmente, la acuicultura de las especies carnívoras no debería seguir dependiendo, poco o mucho, como lo hace ahora, de los piensos que contienen un porcentaje no despreciable de harinas y aceites de pescado. Desde un punto de vista global, se cultiva una mayor proporción de especies herbívoras, como las carpas, que se alimentan muy poco o nada con piensos que contienen harinas de pescado. Las especies más sostenibles, como peces herbívoros, algas y moluscos, representan, aproximadamente, un 65% del total de producción de acuicultura y constituyen un aporte neto de proteína animal de origen acuático disponible para el consumo humano.

Luego tenemos un 15-20% de la producción en acuicultura que está en equilibrio - ni aporta ni quita recursos- aunque da valor añadido, y finalmente hay otro 15-20% de la producción que precisa de recursos. Aquí se engloban especies marinas como el rodaballo, la dorada y la lubina, que requieren del uso de peces pequeños transformados en harina y aceite de pescado para su alimentación.

Esta es la parte menos sostenible de la acuicultura y, por ello, una de las estrategias en los últimos años es la substitución, en la medida de lo posible, de la harina de pescado por componentes vegetales en los piensos. Es posible en un grado bastante importante en algunos casos, pero no queda exenta de problemas que hay que solucionar, derivados, por ejemplo, de la maduración del propio sistema inmune. Es decir, los animales pueden ver mermada su capacidad para hacer frente a los patógenos y es necesario solucionarlo con complementos dietéticos.

¿Qué otras soluciones se plantean?

Otros investigadores apuntan que hay que cambiar el peso que tienen estas especies en el mercado. Es decir, no usar carnívoros. Pero siendo realistas es muy difícil, porque los peces de alto valor comercial y los que experimentan mayor demanda son los carnívoros. Aquí tenemos un reto importante para la producción.

Esta situación se podría comparar con los cambios globales de uso de los medios de transporte. Por un lado, debido a la industrialización y desarrollo de países como la China hay menos gente en el mundo que va en bicicleta y más que van en coche, con lo que aumenta la contaminación. Pero, por otro lado, los coches de hoy no tienen nada que ver con los de antes, pues gracias a la investigación son mucho más eficientes en cuanto a consumo de combustible. La acuicultura de animales carnívoros debe seguir el mismo ejemplo. Es decir, ya que no va a parar ni la demanda ni el consumo de estos peces carnívoros,  tenemos que fomentar la investigación que permita producir peces carnívoros cuyo cultivo no dependa de las capturas y sea así lo más respetuoso posible con el medio ambiente.

La acuicultura también afronta el reto de lograr un aumento en la producción. ¿En qué medida puede la investigación en genética y genómica contribuir a esta demanda del sector?

Después de la Segunda Guerra Mundial la genética permitió un aumento de la producción en la agricultura y ganadería a base de programas de selección. Por ejemplo, el tamaño de los pollos es considerable hoy en día en comparación con los de antes de la selección genética. Pero en los peces esta riqueza ha sido poco explotada. Casos como el salmón del Atlántico, que es el más paradigmático, lleva unas cuantas generaciones de selección, al igual sucede con otros animales y plantas que han aumentado los rendimientos. En las especies de peces como el rodaballo, la dorada y la lubina se está empezando ahora. Pero hacen falta planes de selección para poder aprovechar todo el potencial genético de las especies. Por otro lado, la investigación genética puede aportar muchos beneficios en la búsqueda de marcadores asociados a la reproducción. Por ejemplo, se puede favorecer el crecimiento, un sexo respecto a otro, una mayor resistencia a enfermedades o bien características organolépticas, entre otros aspectos.

La epigenética, que estudia la influencia de factores externos en la alteración de los genes, se ha introducido en diversos campos, como el estudio de enfermedades como el cáncer. ¿En qué medida se puede aplicar en la acuicultura?

En estos últimos años, hemos introducido progresivamente la epigenética en nuestra investigación en acuicultura. Se basa en aquellos cambios en la función del genoma que no comportan modificaciones en la secuencia nucleotídica del ADN y que son heredables a nivel de generaciones celulares e incluso de un individuo a sus descendientes. Estos cambios epigenéticos hacen de puente entre el ambiente y el genoma y son los que controlan la expresión del fenotipo.

Nuestra aproximación se basa en que las condiciones que los peces experimentan en acuicultura, sobre todo en la etapa inicial de su desarrollo, cuando los cambios epigenéticos tienen una importancia más marcada, parecen ser lo suficientemente distintas de las condiciones de los peces salvajes. Nos preguntamos si estas condiciones ambientales determinan mediante esos cambios epigenéticos la expresión de los genes importantes para el crecimiento, el desarrollo, inmunología y reproducción, fundamentales para el funcionamiento correcto de estos animales en cultivo.

Por ahora, hemos descubierto que hay un mecanismo epigenético que explica cómo la temperatura influye en el aumento de la proporción de machos en la lubina. Es decir, la temperatura anormalmente alta provoca una hipermetilación del promotor que regula la expresión del gen de la aromatasa, que es la enzima responsable del equilibrio entre andrógenos y estrógenos. Esto hace que este gen no se pueda expresar, de modo que no puede haber estrógenos ni, por lo tanto, hembras.

La epigenética es la clave para entender cuestiones que aún no son comprendidas. Por ejemplo, en el caso del lenguado, se sabe que los machos nacidos en cautividad son capaces de producir gametos pero no funcionan luego como reproductores. Lo curioso es que un animal salvaje pasado a condiciones de cultivo se reproduce, al contrario de lo que ocurre con muchos lenguados machos nacidos en cautividad. Por lo tanto, las condiciones experimentadas durante los primeros meses determinan para el resto de su vida como va a funcionar ese animal, lo que se podría ser un claro ejemplo de memoria epigenética. Hay que tener en cuenta que estos cambios epigenéticos son heredables. Así, estudiando los efectos epigenéticos de los contaminantes ambientales, se ha visto que pueden transmitirse a varias generaciones. Es decir, si los padres están expuestos a un tóxico, sus efectos nocivos pueden afectar a una o dos generaciones posteriores. La epigenética va a tener un papel importante en los próximos años en acuicultura.

En el caso del lenguado, ¿se podría llegar a desbloquear la imposibilidad de reproducción?

Habría que investigar si hay un mecanismo epigenético está realmente involucrado y, en este caso, ver cómo se controla y qué promotores y genes afecta. Pero por la información que tenemos hasta ahora podría ser que un mecanismo epigenético explicase este fenómeno que sucede en el lenguado.

¿Hasta que punto la información genética de los recursos acuáticos puede contribuir a preservar la riqueza de mares y ríos?

Es muy importante caracterizar poblaciones naturales para conocer su diversidad genética. Un buen programa de repoblación debe disponer de información sobre la composición y variabilidad de las poblaciones naturales. En otras ocasiones se trata de eliminar especies invasoras o que han proliferado fuera de control. En este último caso, se ha utilizado conocimiento de los mecanismos de determinación del sexo y se han desarrollado técnicas para su erradicación Se desarrollan lotes de un solo sexo y se introducen en la población de la especie invasora que se quiere eliminar, de forma que no se pueda reproducir y colapse. Esta es la aproximación que los investigadores suizos están abogando para el control de especies invasoras de peces.

¿España es un país puntero y de referencia en investigación en genética y genómica?

Sin duda, un proyecto como Aquagenomics no existe en otros países de ámbito europeo, Estados Unidos o Japón. Realmente la apuesta que hizo el estado español es muy encomiable. Se pusieron a trabajar juntos muchos de los mejores grupos de investigación en acuicultura en España, especialistas en distintos aspectos y cubriendo la reproducción, la inmunología, el crecimiento, la patología y la genética, entre otros, junto con expertos en informática y manejo de datos, imprescindibles en el proyecto. La unión hace la fuerza. Ya están apareciendo y van a aparecer una serie de estudios fruto de este proyecto que sin duda van a contribuir a una mayor comprensión de aspectos esenciales de la biología de las especies de cultivo. Si estos avances se traducen en aplicaciones concretas para los sistemas de producción, entonces el proyecto puede considerarse un gran éxito.