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BIOMEDICINA APLICADA A LA MEDICIÓN DEL BIENESTAR ANIMAL EN SISTEMAS ACUÁTICOS

Uso de Marcadores de la Matriz Extracelular

Patricia Castillo-Briceño & Francisco Navarrete-Mier

Esquema de Contenidos

• ¿QUÉ ES EL BIENESTAR ANIMAL? – CASOS DE ESTUDIO – CIENCIA INTEGRATIVA

• APROXIMACIONES METODOLÓGICAS – Medición del estado de Salud Mental y Física en Animales – Biomedicina aplicada al bienestar animal: Entorno de la matriz extracelular (MEC) en

animales acuáticos (peces y anfibios). • CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos

¿QUÉ ES EL BIENESTAR ANIMAL?

http://www.deepseanews.com/2013/12/the-tiny-swimming-pigs-of-pig-beach/

¿CAMBIO DE PERCEPCIÓN?

Patricia Castillo-Briceño, 2016

¿QUÉ ES BIENESTAR ANIMAL?

valores sociales

empatía

perspectiva

DIRECTIVE 2010/63/EU On the protection of animals used for scientific purposes Todo vertebrado no-humano, inc. formas larvales autónomas (que se alimentan) y formas fetales de mamíferos desde el último tercio del periodo normal de desarrollo; y a los cefalópodos.* *Generalmente se excluyen de esta exigencia a las restantes formas fetales, embrionarias, y la mayoría de invertebrados.

El bienestar animal se refiere a como un animal lleva las condiciones en que vive, el estado en que se encuentra y el tratamiento que recibe, reconociendo el valor intrínseco que

poseen los animales.

[ICLAS, 2009]

BIENESTAR EN ANIMALES ACUÁTICOS

BIENESTAR ANIMAL SEGÚN LA OIE

(Organización Mundial de Sanidad Animal, http://www.oie.int/es/)

Desde la visión científica un buen estado de bienestar implica que el animal está: 1) Saludable 2) Confortable 3) Nutrido Y que su entorno: 4) Es seguro 5) Le permite expresar su comportamiento innato 6) No le causa sufrimiento (dolor, miedo, estrés)

ASPECTOS FÍSICOS Y MENTALES DE LA SALUD

‘UNA SALUD’ y ‘UN BIENESTAR’

valores sociales

empatía

perspectiva

Esquema de Contenidos

• ¿QUÉ ES EL BIENESTAR ANIMAL? • CASOS DE ESTUDIO • CIENCIA INTEGRATIVA: ‘UNA SALUD’ Y ‘UN BIENESTAR’

• APROXIMACIONES METODOLÓGICAS

• Medición del estado de Salud Mental y Física en Animales Acuáticos • Biomedicina aplicada al bienestar animal: Entorno de la matriz extracelular (MEC)

en animales acuáticos (peces y anfibios).

• CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

3Rs de la Investigación en Animales Acuáticos (…y no acuáticos)

REEMPLAZAR REDUCIR REFINAR

SALUD MENTAL en Animales Acuáticos Estudios de Comportamiento

• Uso de herramientas

(Jones et al. 2011)

Salud Mental en Animales Acuáticos Comportamiento

• Uso de herramientas

Salud Mental en Animales Acuáticos Comportamiento

• Cooperación Interespecífica

Los peces son animales sintientes que experimentan dolor y sufrimiento; por lo tanto hay una obligación ética de tratarlos humanamente. Lo cual tiene impactos en el tratamiento de peces con fines comerciales, como animales de compañía y en pesca deportiva. (One Welfare Veterinary Committee, http://onewelfare.cve.edu.au/aquatic-animals)

Consideraciones para los sectores Acuicultor y Pesquero

ANIMALES EN LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA. Bienestar Animal + Ética = Eficiencia P. Castillo-Briceño, PhD. 2016. II Foro Bioética en Animales. Ecuador.

• Análisis Costo/Beneficio: calidad, productividad, valorización del público.

• ‘UNA SALUD’ y ‘UN BIENESTAR’

• Personal capacitado, métodos alternativos y optimización del uso… Buenas Prácticas de Manejo

e.g. Environmental enrichment reduces maladaptive risk-taking behavior in salmon reared for conservation (Roberts et al., 2011)

* OIE, AWA, Autoridad Agropecuaria Australiana, AWI, ICLAS, entre otras instancias internacionales, en Ecuador Agrocalidad.

CONSIDERACIONES RESPECTO AL BIENESTAR EN ANIMALES ACUÁTICOS*

• Prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades

• Alimentación en cantidad y calidad suficientes

• Socialización

• Enriquecimiento de ambiente

OIE, AWA , Autoridad Agropecuaria Australiana (http://agriculture.vic.gov.au/agriculture/animal-health-and-welfare/animal-welfare/aquatic-animal-welfare)

National Zoo South Africa Puffer Fish Enrichment

• Evitar dolor, miedo, estrés, heridas durante la manipulación y procedimientos.

• Sacrificio humanitario. Recomendado “iki jime” o por descarga eléctrica (NO

hielo, CO2, asfixia, desangrado).

• Transporte ‘confortable’

* OIE, AWA, Autoridad Agropecuaria Australiana, AWI, ICLAS, entre otras instancias internacionales, en Ecuador Agrocalidad.

Salud Física en Animales Acuáticos Uso de herramientas en Biomedicina (fisiología, bio/morfométricas, marcadores moleculares, respuesta funcional)

Castillo-Briceno & Kodjabachian, 2014

tuba1a-b :atp6v1a:

100% g

tuba1a-b:atp6v1a:pH3:DAPI

SALUD DEL NIVEL CELULAR AL DE ECOSISTEMA

Fotos: microscopía electrónica SEM, de luz blanca, fluorescente y confocal. ISH, FISH, ICH, IF. Embriones de rana (Xenopus laevis).

Permisos de uso de animales en experimentación según normativa europea. Fotos in vivo en animales anestesiados.

Castillo-Briceno & Kodjabachian, 2014

EL ENTORNO DE LA MATRIZ EXTRACELULAR

La matriz extracelular (MEC) es el soporte fundamental de órganos y tejidos.

Los tejidos animales funcionan como ecosistemas celulares complejos, formados por poblaciones celulares que interactúan entre sí y con los elementos de su microambiente.

Las secuencias de gran parte de las moléculas de la MEC están altamente conservadas a los largo de la filogenia de metazoa.

El entorno de la matriz extracellular y sus moléculas asociadas.

Integrinas con

dominio-I

Membrana

plasmática

Proteínas del

citoesqueleto

Colágenos

fibrilares

fibronectina laminina hialuronato

Cultivo de doradas (Sparus aurata) en jaulas flotantes. Foto cortesía del Laboratorio de Ecología Acuática, Universidad de Murcia.

Síntesis de novo de moléculas de la MEC en procesos inflamatorios por disrupción endocrina. (Castillo-Briceño et al. 2010)

Coordinación de moléculas de la MEC y de la respuesta immune en reparación de heridas. (músculo de trucha, Oncorhynchus mykiss. Schmidt et al. 2016)

INHIBIDOR V

MMP2/MMP9

COLAGENASA

Activación de leucocitos mediada por COL1 y MMPs en un teleósteo (Castillo-Briceño et al. 2009)

Sistema immune, la MEC y los mecanismos de reparación de tejidos en teleósteos. (Schmidt et al. 2016)

Exploración de nuevos métodos de diagnóstico vía alternativas no invasivas: Cultivos de líneas celulares e.g. fibroblastos de dorada (Sparus aurata) SAF-1

Modelado In silico / Bioinformática Unión ITGB1a–GFOGER vía el dominio tipo-I

(Secuencia ITGB1a de Sparus aurata)

Dinámica de adhesion y activación inmunitaria en fibroblastos de peces.

(Castillo-Briceño et al. 2011)

Colágenos fibrilares (COLf)

Secuencias activas GXX’GEX”

Receptores ITGs con dominio-I

COLf fragmentados o desnaturalizados

COX2 PAMPs

CCL4 Otros Receptores

Adhesión cellular Liberación de ROS

Activación de fagocitos

Inflammación

Activación del entorno de la MEC

Modulación de la respuesta Inmune

Integración de señales de la MEC en la respuesta immune innata de peces teléósteos

TIMP2a

TIMP2b

Las moléculas de la MEC funcionan como marcadores y moduladores de procesos de inflamación, reparación de heridas y regeneración de tejidos Por lo tanto con potencial para aplicaciones en diagnóstico y mejoramiento en el campo de la salud de animales acuáticos. - Estudios de adaptación y aclimatación, - Herramientas biotecnológicas y transferencia para la acuicultura

La Matriz Extracelular en la respuesta Inmunitaria de Peces y sus potenciales aplicaciones en acuicultura.

PRINCIPALES VENTAJAS COMPARADAS DEL USO DE MOLÉCULAS DE LA MEC PARA EL DESARROLLO DE HERAMIENTAS BIOTECNOLÓGICAS

Secuencias y rutas señalización altamente conservadas

Diversos medios de modulación y precisión en el modo de acción estudiados en varios modelos animales.

Moléculas de alta disponibilidad y tecnología de referencia desarrollada (péptidos sintéticos)

Obtención de herramientas de diagnóstico de salud física, competencia y adaptación ante condiciones ambientales cambiantes. E.g. Acidificación Oceánica

SALUD MENTAL/Comportamiento

• Afectación de capacidades sensoriales

(olfatoria, visual, auditiva)

• Afecta aprendizaje y lateralización

• Impacta en el sistema de reconocimiento

Predador-Presa

Grave alteración equilibrio ecológico

Images modified from Frommel et al. 2010, Nature

Herramientas aún en desarrollo para la medición del estado de SALUD FÍSICA en peces y otros organismos acuáticos

• Pérdida de aptitudes y mortalidad • Daños en tejidos y órganos (ej. hígado, riñón, páncreas, ojos, intestino), y malformaciones

Impacto en la supervivencia de poblaciones y especies.

Comportamiento Eje Proactivo - Reactivo

Integración de parámetros en Comportamiento - Biomedicina para determinar indicadores de Bienestar Animal frente a Condiciones Ambientales Cambiantes (pH, Temperatura, fotoperíodo)

La Matriz Extracelular en la respuesta Inmunitaria de Peces y sus potenciales aplicaciones en acuicultura.

CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

Las moléculas asociadas a la MEC pueden funcionar como indicadores de salud física de peces y otros animales acuáticos.

Destacan: Los colágenos fibrilares como señales tipo ligando de ITGs y sustrato de MMPs.

Los conocimientos específicos para la medición del bienestar en animales acuáticos son aún limitados. Es necesario diversificar los modelos/especies de estudio.

El uso de los conocimientos existentes en Biomedicina en estudios comparativos y multinivel (molecular a organismo) es una estrategia viable para determinar indicadores de salud en animales acuáticos. Información con potencial de aplicación en el desarrollo de herramientas de diagnóstico (clínico y de adaptabilidad ambiental), mejoramiento de la salud física, y por tanto del bienestar de estos organismos.

AGRADECIMIENT

GRACIAS POR SU ATENCIÓN!

Patricia Castillo-Briceño, PhD pat.castillo.briceno@gmail.com Twitter @Pcasbri

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