Biotecnologia Acuicultura Sustentable AQUAINNOVO Rodger Miranda
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Biotecnología para una
Acuicultura Sustentable
Rodger Miranda Stevenson, MS
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Base: FAO
Producción Mundial yNacional
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Producción Mundial yNacional
Salmon Chile
Proyección Propia
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Haciendo Historia
1850 – 1920: Introducción de especies exóticas.1921 – 1973: Introducción de Salmón Coho (Oncorhynchus kisutch).
1974 –
1985: Desarrollo de una Salmonicultura insipiente.1985 – 2007: Expansión de la Salmonicultura.2008: Cambio de Paradigma.
En Chile el interés por la importación de ovas se inició en 1885 trayendo ovas de
salmones y truchas con fines deportivos, no es hasta 1905 que el estado chileno comenzóa manifestar interés por este tema y durante ese año llegó al país una pequeña cantidadde ovas de Salmón del Atlántico (Salmo salar) y Trucha (Salmo gairdnieri irideus; hoy
Oncorhynchus mykis) compradas en Hamburgo, Alemania, pero debido al avanzadoestado de desarrollo que traían fueron desembarcadas en Buenos Aires, Argentina,transportadas por tren a Mendoza y luego a lomo de mula a través de la cordillera hasta
la piscicultura de los Andes (Construida en 1904).
Las importaciones continuaron entre 1905 y 1910, para realizar siembras en diferentesríos en nuestro país desde la Vª hasta Xª Región.
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Acuicultura
Producción de Alimento
Generación de Empleo
Evita sobre explotación deRecursos Acuáticos
Genera Investigación y Desarrollo
Porque Desarrollar la Acuicultura
Mayor eficiencia productiva
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Porque Desarrollar la Acuicultura - Problemática
AcuiculturaEspecies Autóctonas
Problemas
Especies Introducidas
Contaminación.
Efectos sobre el Paisaje.
Utilización de espacios que podríanservir para otras actividades.
Mezcla accidental con especiessilvestres.
Contaminación.
Efectos sobre el Paisaje.
Utilización de espacios que podrían
servir para otras actividades.
Escapes Accidentales con efecto sobreel Ecosistema.
Introducción de nuevas enfermedades.
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Genética
Salud yNutrición
Medioambiente
OMIC’s
Biotecnología
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Salud y Nutrición
Fuente: Biomar Chile
Cambios históricos en las dietas para salmonideos
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AÑO
1989
prensado
1995
extruido
2000
extruido
2002
extruido
2004
extruido
2010
extruido
Proteína /Lípido 50/18 46/26 43/27 38/33 36/35 34/37
Harina Pescado 75% 60% 50% 40% 25-35% 15-20%
Otras Harinas Animales 0% 0% 5% 5 – 15% 5 – 15% 5 – 15%
Harina Soya 0% 0% 5% 5 – 15% 5 – 15% 5 – 15%
Trigo y subproductos 10% 15% 15% 10% 10% 10%
Gluten maíz, lupino 0% 0% 0% 10% 15% 15-20%
Aceite de Pescado 10% 20% 22% 20% 15% 15%
Aceite vegetales 0% 0% 0% 8% 15% 15%
4.2 Kg. de peces producen 1 Kg. de harina de pescado
Antiguo Hoy
Dieta 46 / 26 38 / 33
Harina de Pescado 60% 20%
FCb 1.30 1.30
Total Harina de pescado 0.78 0.26
3.28 Kg. de peces 1.09 Kg. de peces
Evolución dietas de Salmones
Salud y Nutrición
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100 kgAlimento
Proteína,Carbohidrato y
Aceites
Harina de Pescado
Otras Harinas Animales
Aceites
Soya
Maíz
Salud y Nutrición
Uso eficiente deProteínas
Kontali, 2008
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La nutrigenómica es una ramade la genómica que quiereproporcionar un conocimientomolecular sobre los
componentes de la dieta quecontribuyen a la salud,mediante la modificación de laexpresión y/o las estructuras,según la constitución genéticaindividual.
Salud y Nutrición
Dietas PeletizadasDiseño por proximal
Dietas extruidasDiseño por Req. Energía
Dietas ExtruidasDiseño por Req. de AminoácidosRelación ED/PD
Dietas Funcionales
Relación genes - nutrientesAlimentos Biotecnológicos
I n f o r
m a c i ó n
C o n o c i m i e n t o
Ayer Hoy Mañana
Nutrigenómica
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Salud y Nutrición
Nutrigenética hace referencia al análisis devariaciones genéticas entre individuos y surespuesta a nutrientes específicos.
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Salud y Nutrición
Las técnicas moleculares paradiagnostico de enfermedades handemostrado ser mas efectivas, massensibles y mas rápidas que las
técnicas tradicionales.
Único problema de las técnicasmoleculares es que detectan presenciacadenas de ADN o ARN pero esto noindica actividad viral o bacteriana.
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Salud y Nutrición
Mejores técnicas de análisis
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Salud y Nutrición
Diferencia entre técnica
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Patógenos Posibles de identificar con rt-PCR (Taqman)
- Órganos Internos de peces- Otras especies- Ovas (importante en importación)- Agua
Salud y Nutrición
Rhabdovirus (VHS-IHN)
Alphavirus
Serotipo WB
Serotipo Sp
Serotipo Ab
Otros Serotipos (C1,C2,C3, He, Ja y Te)
Determinación del serotipo de IPNV por medio delsecuenciamiento genético
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Salud y Nutrición
Base de datos para ISAv
Determinación de especie por secuenciamiento delGen Ribosomal 16S en bacterias
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Medioambiente
• Herramientas basadas en DNA y RNA para detectar, monitorear y trazarorganismos acuáticos.
• Sistemas de detección bioquímica y biosensores.
• Herramientas biotecnológicas para controlar y eliminar contaminaciónacuática.
• Sistemas de Producción de Individuos para repoblación.
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Medioambiente
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Medioambiente
Medioambiente
Contaminación
Bio-IndicadorPez Transgenico
ExpresiónGénica
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Genética
Cosecha de especies en cultivo en Chile - 2008
871 mil toneladas
Proyectos de DiversificaciónAcuícola
- Merluza (Merluccius gayi gayi)
- Mero (Dissostichus eleginoides)
- Dorado (Seriola lalandi)
- Corvina (Cilus gilberti)
- Bacalao (Gadus morhua)
Fuente SERNAPESCA
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Genética - Genómica
Acuicultura Programas Genéticos
Aumento de productividad
Individuos mas robustos
Individuos estériles
Individuos trazables
Reducción de ciclos productivos
Resultados mas predecibles
Selección de individuos mastolerantes a las dietas vegetales
Herramientas Biotecnológicas
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Genética - Genómica
Mayor Productividad implica mayor eficiencia en la utilización de los recursos y en estesentido los programas genéticos han demostrado ser una excelente oportunidad.
Análisis de Productividadpor cepa realizado para
grupos cerrados 2007 y2008 por SGS.
Base 400 MM de Smolts.
3 generacionesde mejora.
Fuente SGS-AquaticHealth
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Salmon Coho–
Reducción de tiempo a cosecha en el mar
Reducción del tiempo acosecha entre 20 y 30días en 4 generaciones
Genética - Genómica
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YC Cosecha EBV F GG %
PB --- -44,81 0,0% --- ---
1997 1999 2,09 0,0% 47 ---
1999 2001 34,88 0,2% 33 2,4%
2001 2003 546,74 0,4% 512 14,3%2003 2005 924,49 1,9% 378 13,2%
2005 2007 1.476,36 4,0% 552 13,3%
2007 2009 2.169,12 5,1% 693 19,5%
Ganancia Genética Media por Generación 12,6%
YC Cosecha EBV F GG %
PB --- -0,0004 0,0% --- ---
1998 2000 3,52 0,0% 3,52 ---
2000 2002 209,64 0,5% 206,12 6,3%
2002 2004 678,16 1,4% 468,52 12,5%2004 2006 1321,19 4,5% 643,03 15,2%
2006 2008 1605,18 5,7% 283,98 5,8%
2008 2010
Ganancia Genética Media por Generación 10,0%
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
55006000
1997 1999 2001 2003 2005 2007
P e s o C o s e c h a
Clase Año
Peso Cosecha Línea Impar
Fenotipo Genotipo
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
55006000
1998 2000 2002 2004 2006
P e s o C o s e c h a
Clase Año
Peso Cosecha Línea Par
Fenotipo Genotipo
Genética - Genómica Resultado de la GananciaGenética en el programade Salmón Coho
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27
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
4 6 1 2 1
4 6 1 3 4
4 6 1 8 1
4 6 0 8 6
4 6 0 6 1
4 6 1 8 5
4 6 1 2 9
4 6 1 1 5
4 6 1 3 0
4 6 1 8 0
4 6 2 4 1
4 6 2 2 6
4 6 2 4 8
4 6 1 7 0
4 6 0 3 4
4 6 1 4 7
4 6 0 8 9
M o r t a l i d a
d
Familias
Desafio de Familias de Salmón del Atlantico contra SRS
Genética - Genómica
¿Cual es la Diferencia Genética?
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28
0
2
4
6
8
10
12
12 13 14 15 17 18 20 21 22 31
C a n t i d a d d e V i r u s
M i l l o n e s
Dias Pos Tratamiento
Sobrevivientes (20 a 30%)
Genética - Genómica
Desafío contra ISAvcon inyección intra-peritoneal, el graficomuestra hasta el día22 la cantidad de
virus promedio enórganos de los pecesmuertos por el virus(rt-PCR) y al día 31 seevaluó la carga viralen órganos de lossobrevivientes.
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Genética - Genómica
Características de Importancia para mejora en Programas
GenéticosMejor crecimiento, reducción del tiempo a cosecha
Resistencia a Enfermedades
Baja Maduración
Mayor Tolerancia a comer Vegetales
Calidad (pigmentación, contenido de grasa)
Tolerancia a mayores temperaturas
Objetivos a mejorar Selección de Características
Costo, Factibilidad, Eficiencia de Selección
80 20
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Características Efecto en costo
1% de mayor crecimiento (sgr) - 6 ¢/kg
1% menos mortalidad - 2 ¢/kg
5% mejor retención de pigmento - 1 ¢/kg
Genética - Genómica
Impacto de la mejora de algunas características de importancia productiva
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Especie Características GG (%)
Salmón Coho
Crecimiento
6-10 %
Salmón Atlántico 6-15%
Truchas 7-13 %
Tilapia 7-10 %
Salmón Atlántico Maduración -22 %
Trucha
Resistencia a Enfermedades
32%
C - S ¿ ?
Genética - Genómica
Ganancia genética por generación medida en programas genéticos
Genética Cuantitativa
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Generación Peso de
Cosecha
Tiempo en
Mar
Mortalidad
(%)
Crecimiento
(sgr) FCRb
G0 4.230 17,7 19,2% 0,71% 1,40
G1
G2
G3
G4
G5
G6
G7
G8
G9
G10 4.230 12,2 11,2% 1,06% 1,30
Modelación de un 10% de mejor crecimiento por generación
40 Años
Genética - Genómica
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33
Genética - Genómica
El Genoma y la Genómica en relación al dogma central de la Genética
ADN
ARN
Proteína
Fenotipo
Genoma
Transcriptoma
Proteoma
Performance
Genómica
Transcríptómica
Proteómica
G é i G ó i
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34
Impacto del Secuenciamiento Genético
400
Marcadores
10 cM
2.000
Marcadores
0,5 cM
5.000
Marcadores
0,2 cM
Saturación del mapa genético humano, Adaptado de S. Primrose & R. Twyman.2004. Genomics,Aplications in Human Biology. Cristian Araneda
Genética - Genómica
Microsatélites SNPsRFLPALOZIMAS
G éti G ó i
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Genética - Genómica
La ventaja del nuevo conocimientoSecuencia del Genoma: Pollo
• En Diciembre 2004 se publico el ensamble delgenoma del pollo (Nature).
• Primer animal de producción agrícola en donde selogra esta meta.
• > 1.000 millones de pares de bases• Más del 90% de los 20.000 – 30.000 genes han sido
identificados.
• Se han identificado 2.8 millones de SNPs• Se han desarrollado chips de ADN que contienen
20.000 SNPs
G éti G ó i
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DNA-Chip
DNA extraction
Candidatesscreening
Using in breeding program: Implementing by Hendrix –Genetics (Hybro)
Better efficiency
to identify highGenetic Valuebreeders
Advanced Statistic-geneticsoftware
Genética - Genómica
BLUP: Best Linear Unbiased PredictionGMAS: Gene Markers Assisted Selection
Genética Genómica
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Biotecnología DisponibleCONTROL MADURACION
-Inducción AmbientalFotoperiodo- Inducción Hormonal
GnRHa
CRIOPRESERVACION
Cosecha
StockReproductor
GametosFecundación Artificial
Incubación
Ovas con Ojo
Eclosión (alevin con Saco)AlevinesSmolts
Engorda
CONTROL DE LAPROPORCION DE SEXOS
-Neomachos
-Stock Monosexo
CONTROL DE LAFERTILIDAD
- Poliploidias - Triploidia
CONTROL DELCRECIMIENTO
-Temperatura- Fotoperiodo
Reproductores
SELECCION ASISTIDA
- MarcadoresMoleculares (sexaje)
Genética - Genómica
Genética Genómica
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Biotecnología Disponible
Genética - Genómica
Otras herramientas que existen y que en el futuro podrían considerarse son:
- Transgenia
- Clonación
Hoy en día hay que conocerlas, estudiarlas y saber cual podría ser su real impacto.
Genética Genómica
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Diversificación Acuícola
Proyectos de DiversificaciónAcuícola
- Merluza (Merluccius gayi gayi)- Mero (Dissostichus eleginoides)
- Dorado (Seriola lalandi)
- Corvina (Cilus gilberti)
- Bacalao (Gadus morhua)
1. Genetic impacts of escapees and restocking andintroduction of non-native strains,
2. Genetic impacts of culture practices,3. Triploids (both fish and shellfish), tetraploid mother
oyster strains,4. Growth enhancement in fish by gene transfer,
Recombinant DNA vaccines,5. Genetic impact evaluation, monitoring tools and
modelling,
6. Predictive tools: modeling and assessment of risk. Theresults will be disseminated to scientists, industry,NGOs, policy makers and the press.
Desarrollo de estrategias Europeas
Genética - Genómica
Genética Genómica
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Diversificación Acuícola
Proyectos de DiversificaciónAcuícola
- Merluza (Merluccius gayi gayi)- Mero (Dissostichus eleginoides)
- Dorado (Seriola lalandi)
- Corvina (Cilus gilberti)
- Bacalao (Gadus morhua)
Genética - Genómica
En Chile estos proyectos están considerando desde el iniciotener estudios que permitan cuantificar el impacto de sudesarrollo.
1. Estructura de Poblaciones.2. Producción de triploides estériles.3. Evaluación ambiental del impacto genético.4. Diseño programa genético.
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41
AQUAINNOVO S.A.
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AquaInnovo S.A.
- Compañía Chilena.
- Proyecto a 5 años (Comenzando en 2007)
- US$ 10 Millones (50% Innova de CORFO y 50% E. Aquachile)
- La propiedad de la compañía es 83% AquaChile, 15% Universidad de Chile y 2% otro.
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- Producir una infraestructura permanente para la innovación, investigación y
desarrollo en genómica, genética y biotecnología para la industria acuícola
(Laboratorio y Estación Experimental)
- Desarrollar planes para innovar en herramientas de biología molecular y
biotecnología para programas de mejoramiento genético.
- Producir recurso humano calificado para investigación y transferencia
tecnológica.
- Desarrollar técnicas para hacer selección por resistencia a enfermedades.
- Desarrollar un software para dar soporte a programas de mejoramiento
genético (administración y análisis de la base de datos).
- Buscar marcadores genéticos asociados a caracteres de importancia
productiva.
Principales Objetivos
Nuestro Equipo en Chile
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• Rodger Miranda, MS
Gerente General• Roberto Neira, Ph.D.
Gerente de Investigación y Desarrollo
• Maria Eugenia Cabrejos, Ph.D.
Sub Gerente de Laboratorio de BiologíaMolecular
• Jean Paul Lhorente, MS
Jefe del Centro Experimental
Ph. D. Student
• Michael Filp, Ing Pesq.
Gerente de Operaciones y Servicios
• Alexis Martinez, Bioquímico, MSc
Jefe Laboratorio de Diagnostico
• Karina Rebolledo, Ing.Civ.Ind.
Jefe de Proyecto
• William Currie, Ing. Agr.
Asesor de Gestión de Proyectos
• Héctor Barahora, Ing. Informática
Diseñador de Software
• Roberto Neira. Ph. D.
Director Técnico
• Cristian Araneda. Ph. D.
Investigador (Genética Molecular)
• Verónica Cambiazo. Ph. D.
Investigador INTA (Microarrays)
•
Rodrigo PulgarEstudiante Ph.D.
• Melinka Mansilla
Estudiante Ph.D.
• Patricia Hanna Bioq.
Investigador
• Dinka Mandakovic Ing. Biol. Mol.
Investigador
• Stephen Gunther
Estudiante Ph.D.
Investigador
• María José Menendez
Medico Veterinario
Asistente Investigación
Celular GenomicCenter
•Miguel Allende Ph.D.
GenomicaComparada
EXTERNAL ADVISORS
•
Patricia IturraUniversidad de Chile
• Pedro Smith
Universidad de Chile
• Mauricio González
Universidad de Chile
• Mario George Nascimento
Universidad Católica S.C.
Mathematic ModelingCenter
• Alejando Maass Ph.D.
Bioinformatica
Nuestro Equipo en Chile
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Red Internacional de Investigación
CanadaSimon JonesFisheries and OceanGenómica resistencia enfermedades
USA
Dr Juan MedranoUniversidad de California-DavisProyecto trazabilidad (SNP)
Costa RicaAquacorporación InternacionalMejora Genética de tilapias
Universidad Nacional de Costa Rica
EspañaMiguel Angel Toro,Miguel Perez-EncisoQTL Análisis
MalasiaRaul PonzoniGIFT (Genética de tilapias)
USARonald HardyUniversity of IdahoNutrigenomics
IsraelGideon Hulata, Yitzhak SimonThe Volcani CenterGenética de tilapias
CanadaWilliam Davison, Ben KoopSimon Fraser UniversityUniversity of VictoriaMicroarrays, cGRASP
EscociaBeatriz VillanuevaScotish Agriculture CollegeControl de consanguinidad
CanadaMatthew RiseMemorial UniversityMicroarrays, P. salmonis
BrasilDr. Alexandre Silva Hilsdorf Núcleo Integrado de BiotecnologíaUMC
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AQUAINNOVO S.A.
Construyamos Juntos la Acuicultura del Futuro