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Doctorado en Biotecnología I Semestre 2015

GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA MARINA Profesores

Beatriz Camara (UTFSM) José Gallardo (PUCV)

ESTUDIO DE CASO: CONSORCIO DE PATOGENOS EN SALMONICULTURA

Fuente: Sernapesca, 2103

EVOLUCION BIOMASA TOTAL Y CRISIS VIRUS ISA

Colapso virus ISA PERDIDAS POR US$5.000.000.000

Fuente: Sernapesca, 2103

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P. salmonis es una bacteria intracelular altamente agresiva.

MORTALIDAD ASOCIADA A PISCIRICKETTSIA SALMONIS

PERDIDAS POR MUS$100 - 200 x AÑO

Fuente: Sernapesca, 2103 Fuente: Sernapesca, 2103

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Ant

ipar

asita

rios

(Kg)

Deltametrina Benzoato de Emamectina Cipermetrina Diflubenzurón

USO DE ANTIPARASITARIOS PARA EL CONTROL DE CALIGUS

PERDIDAS POR MUS$100 - 200 x AÑO

Resistencia    

Es  la  capacidad  de  los  animales  para  moderar  el  ciclo  de  vida  de  un  

patógeno.  

Mejorar   la   resistencia   reduce   la  transmisión   de   la   infección   y   por   lo  tanto  la  severidad  de  la  enfermedad  a  nivel  poblacional.    

Tolerancia    

Es   la   habilidad   del   animal   para  soportar   los   efectos   perjudiciales  a s o c i a d o s   a   l a   i n f e c c i ó n  (enfermedad).  

Mejorar   la   tolerancia   reduce  el  impacto   de   la   infección   en   el  individuo,   pero   Eene   poco  efecto   en   la   transmisión   de   la  infección  a  nivel  poblacional.    

CONCEPTOS: TOLERANCIA Y RESISTENCIA A PATOGENOS

PROBLEMA 1: ¿CÓMO EVALUO LA RESISTENCIA A PATOGENOS?

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20%

40%

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100%

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82

Mortalidad

Familias

MORTALIDAD COMO RASGO BINARIO?

Mortalidad individual = Vivo (0) – Muerto (1).

0%

25%

50%

75%

100%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Dias  post  inoculación

Mortalid

ad  acumulad

a

Mortalidad individual = Días en morir.

MORTALIDAD COMO TIEMPO EN MORIR?

0

20

40

60

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120

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160

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Infe

stac

ión

(N

°p

arás

ito

s)

PecesInfestación individual: Nº parásitos por pez

CARGA DE PATOGENOS? CONSORCIO DE PATOGENOS = COINFECCION Piojos de mar con …

Nowak et al. 2010 Bustos et al. 2011

Valdes-Donoso et al. (2013)

Mustafa et al. 2000

MICROSPORIDIO Loma salmonae

VIRUS ISA AMEBA Neoparamoeba perurans

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PROBLEMA 2: ¿DÓNDE EVALUO LA RESISTENCIA?

CENTRO DE CULTIVO LABORATORIO

incomplete exposure to infection, or suboptimal diagnoses

Item h2 Laboratorio h2 Campo

Exposición a la infección

Completa Parcial

Diagnóstico Completo Sub-obtimo Control de variables

ambientales

Completo Limitada

Fuente: Bishop SC, Woolliams JA (2010)

PROBLEMA 1: ¿DÓNDE EVALUO LA RESISTENCIA?

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0,0_0,10 0,11_0,20 0,21_0,30 0,31_0,40 0,41_0,50 0,51_0,60 0,61_0,70 0,71_0,80 0,81_0,90 0,91_1,00

Frec

uenc

ia (%

)

Heredabilidad (h2)

Bacterias (N°=143)Parásitos (N°=36)Virus (N°=68)

Mediana0,29

Mediana0,150,16

EVIDENCIAS DE RESISTENCIA GENETICA A PATOGENOS

VIRUS BACTERIAS PARASITOS

IPN: Infectious pancreatic necrosis

SRS: Piscirickettsia salmonis

Sea lice (Caligus rogercresseyi)

ISA: Infectious salmon anemia

Vibriosis: V. salmonicida, V. ordalii, V. anguillarum

AGD: Amoebis gill disease

VHS: Haemorrhagic septicaemia

Furunculosis: Aeromonas salmonicida

IHNV: Infectious hematopoietic

necrosis BKD: Bacterial kidney disease

SPDV: Salmon pancreas disease virus

PATOGENOS SUSCEPTIBLES DE SER CONTROLADOS POR SELECCION

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Patógeno h2 Laboratorio h2 Terreno L. salmonis 0,26 0,06

IPN virus 0,28 0,15 Furunculosis 0,34 0,23

Patógeno rg Fuente

L. salmonis 0,88 ± 0,17 Kolstad. 2005 Furunculosis 0,95 Gjoen et al., 1997

IPN 0,78 - 0,83 Storset et al., 2007

Trait 1 Trait 2 Genetic correlation Autor Año

Furunculosis ISA 0.25 Gjerde et al. 2009 Furunculosis ISA 0.07 Kjoglum et al. 2008 ISA IPN (-) 0.10 Kjoglum et al. 2008 Furunculosis IPN (-) 0.11 Kjoglum et al. 2008 Lice Body weight 0.37 Kolstad et al. 2005 PD Smolt weight 0.30 Norris et al. 2008 Furunculosis Body weight 0.09 Gjerde et al. 2009 PD Early madurity (-) 0.002 Norris et al. 2008 ISA Body weight (-) 0.03 Gjerde et al. 2009 PD Fillet (%) (-) 0.16 Norris et al. 2008 PD Color (-) 0.35 Norris et al. 2008

0

20

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60

80

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160

Infe

stac

ión

(N°

pará

sito

s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30Peces

CUANTIFICACION FENOTIPO DE RESISTENCIA: NUMERO DE PARASITOS POR PEZ

Resistentes Susceptibles

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Aquaculture research 2012. 43: 1904-1908.

DESAFIO CONTRA CALIGUS

Días  post  infestación   Heredabilidad  (h2  +  EE)  

Peso  cuerpo  como  covariable  

Sin  Peso  como  covariable  

4  días     0,340  ±  0,07  **   0,417  ±  0,08  **  

14  días   0,056  ±  0,06  ns   0,175  ±  0,08  ns  

ESTIMACION PARAMETROS GENETICOS DE RESISTENCIA: NUMERO DE PARASITOS POR PEZ

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82

Mortalidad

Familias

RESISTENCIA GENETICA P. SALMONIS Mortalidad como rasgo binario

Resistentes

Susceptibles h2 (Pobl. 1) = 0,08 ns h2 (Pobl. 2) = 0,19 *

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CUANTIFICACION FENOTIPO RESISTENCIA P. SALMONIS

Tiempo a la muerte (d). Fuente: Yañez et al., 2103

CUANTIFICACION PARAMETROS GENETICOS RESISTENCIA P. SALMONIS

Población h2 Fuente

2007 0,08 ± 0,04 Lhorente et al.,

2102 2008 0,19 ± 0,23

2010 0,11 – 0,41 Yañez et al., 2103

HIPOTESIS 1 / METODOS

¿C. rogercresseyi reduce la resistencia a P. salmonis?

Simple infección

P. salmonis

Coinfección P. Salmonis

+ 30 Caligus x pez

Coinfección P. Salmonis

+ 60 Caligus x pez

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¿La resistencia a la coinfección es un rasgo heredable?

HIPOTESIS 2 / METODOS

15 full-sib = 1.634 peces genealogizados

R = 0 S = 1

Modelo umbral (binario) Modelo lineal (continuo)

R S

¿Peces resistentes a P. Salmonis son resistentes a la coinfección?

HIPOTESIS 3 / METODOS

Full sib

Full sib

Full sib

P. salmonis

P. Salmonis + 60 caligus

P. Salmonis + 30 caligus

RESULTADOS EFECTO DE CALIGUS SOBRE RESISTENCIA A P. SALMONIS

P. salmonis

EFECTO CALIGUS

Trat.   Nº  CALIGUS  

Heredabilidad  Resistencia  (umbral)  

Heredabilidad  Resistencia  (conQnuo)  

T1   0   0,23  ±  0,07   0,32  ±  0,12  

T2   30   0,24  ±  0,07   0,37  ±  0,14  

T3   60   0,17  ±  0,08   0,37  ±  0,14  

RESULTADOS / DISCUSION RESISTENCIA A LA COINFECCION ES HEREDABLE

+

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Tratamiento   T1  (0  Sea  lice)   T2  (30  sea  lice)  

T1  (0  sea  lice)   -­‐   -­‐  T2  (30  sea  lice)   -­‐0,14  ±  0,33ns   -­‐  T3  (60  sea  lice)   0,32  ±  0,34ns   0,99  ±  0,01**  

RESULTADOS / DISCUSION AUSENCIA DE CORRELACION RESISTENCIA SIMPLE - COINFECCION

RESULTADOS / DISCUSION CALIGUS CAMBIA EL RANKING DE SELECCION A P. SALMONIS

CON CALIGUS

SIN CALIGUS

RANKING RESISTENCIA P. SALMONIS

• El animal puede tener una respuesta inmune adecuada dirigida contra el patógeno. Esto puede permitir que el animal combata con éxito la infección o

evite los efectos patogénicos de la enfermedad.

• El animal puede tener genes de respuesta no inmunes que impiden la infección o la limitan en los órganos diana.

• El animal puede tener atributos morfológicos que hacen que dificultan la infección del

patógeno.

• El animal puede tener atributos de comportamiento que le permite evitar la infección.

MECANISMOS DE RESISTENCIA A PATOGENOS

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CUANTIFICACION FENOTIPO DE RESISTENCIA: MARCADORES INMUNOLOGICOS

Rasgo N MEAN (ng/ul)

IL8 (tej. 1) 238 3,02 ± 1,13

IL8 (tej. 2) 217 3,69 ± 1,39

TNF alpha (tej. 3) 229 0,36 ± 1,39

TNF alpha (tej. 4) 230 1,41 ± 1,33

NKEF (tej. 5) 235 0,01 ± 0,01

NKEF (tej. 6) 233 0,06 ± 0,030

Rasgo Heredabilidad h2 + EE Peso cuerpo (Cov) Sin peso cuerpo (Cov)

Conteo parásitos 4 dpi 0,34 ± 0,07 0,42 ± 0,08 Conteo parásitos 14 dpi 0,05 ± 0,06 0,17 ± 0,08

IL8 (tej. 1) 0,52 ± 0,17 0,52 ± 0,17

IL8 (tej. 2) 0,43 ± 0,16 0,43 ± 0,16

TNF alpha (tej. 3) 0,51 ± 0,17 0,52 ± 0,17

TNF alpha (tej. 4) 1,00 ± 0,00 1,00 ± 0,00

NKEF (tej. 5) 0,60 ± 0,17 0,63 ± 0,17

NKEF (tej. 6) 0,96 ± 0,18 0,94 ± 0,18

ESTIMACION PARAMETROS GENETICOS DE RESISTENCIA: MARCADORES INMUNOLOGICOS

Rasgo

Peso

cuerpo

Parásitos

sésiles

Peso cuerpo - 0,34 ± 0,03

Parásitos sésiles 0,63 ± 0,10 -

1 tejido B -0,40 ± 0,23 - 0,49 ± 0,22

1 tejido P 0,26 ± 0,26 0,24 ± 0,25

2 tejido B - 0,32 ± 0,24 - 0,39 ± 0,22

2 tejido P 0,00 ± 0,06 0,16 ± 0,16 3 tejido B 0,71 ± 0,15 0,79 ± 0,26

3 tejido P 0,06 ± 0,07 0,82 ± 0,11

ESTIMACION CORRELACION GENETICA MARCADORES INMUNOLOGICOS