14ª Parte: Diversificación de Fads2 en especies de peces: implicaciones para la acuicultura
Resumen
Las capacidades para la biosíntesis de ácidos grasos poliinsaturados (LC-PUFA) de cadena larga (≥C20) de peces de cultivo se han estudiado ampliamente para determinar los requisitos cualitativos de ácidos grasos esenciales en la dieta y garantizar altos niveles de omega-3 LC-PUFA en los productos cultivados para consumo humano. Aunque la biosíntesis de LC-PUFA comprende múltiples pasos catalizados por varias enzimas, las reacciones limitantes de la velocidad en las vías están controladas por ácidos grasos desaturasas (Fads), enzimas que introducen nuevos dobles enlaces en las cadenas de acilo graso. El repertorio de genes que codifican Fads varía entre los vertebrados. Los mamíferos tienen dos FADS con funciones conocidas en las rutas biosintéticas de LC-PUFA, a saber, FADS1 con actividad Δ5 desaturasa y FADS2 con actividad Δ6.
Curiosamente, los teleósteos, el grupo de peces al que pertenecen la mayoría de las especies cultivadas, parecen haber perdido modas1 durante la evolución y, por lo tanto, Fads2 es la única enzima capaz de explicar las reacciones de desaturación en la vía LC-PUFA en los teleósteos.
Sin embargo, a diferencia de los mamíferos, las funciones de los teleósteos Fads2 se han diversificado notablemente como resultado de la historia evolutiva específica de la especie y los factores ambientales, incluido el hábitat (marino frente a agua dulce), el nivel trófico y la ecología. Este documento revisa el progreso reciente realizado en los aspectos moleculares que subyacen a la diversidad funcional de las Fads2 caracterizadas hasta ahora de las especies de peces. Específicamente, discutimos las implicaciones potenciales que las funciones de Fads2 tienen para la capacidad de las especies de peces para utilizar de manera eficiente los ácidos grasos de la dieta cuando se alimentan con alimentos a base de aceite vegetal. Además, se analizan las tecnologías en desarrollo actuales que incluyen enfoques genéticos (p. ej., transgénesis) para mejorar la capacidad biosintética de LC-PUFA de los peces.
Palabras clave: Fads2, Peces, Acuicultura
Introducción
El pescado y los mariscos son reconocidos universalmente como componentes importantes de una dieta saludable, ya que proporcionan proteínas de alta calidad y fáciles de digerir, micronutrientes esenciales, incluidos los minerales selenio y yodo, y vitaminas (Tacon & Metian, 2013). Sin embargo, los nutrientes más asociados con los efectos beneficiosos del consumo de pescado son los ácidos grasos poliinsaturados (LC-PUFA) n-3 de cadena larga (≥C20), el ácido eicosapentaenoico (EPA, 20:5n-3) y el ácido docohexaenoico (DHA , 22:6n-3) (Tierras, 2014). Estos ácidos grasos clave condicionalmente esenciales han sido los más estudiados y tienen funciones clave en el desarrollo neuronal y efectos beneficiosos en enfermedades cardiovasculares e inflamatorias y algunos tipos de cáncer (Calder, 2014). Los mecanismos fisiológicos, bioquímicos y moleculares que sustentan las funciones críticas de estos ácidos grasos "omega-3" en la salud humana se elucidan y comprenden cada vez más (Calder, 2015). Nuestra comprensión de los efectos beneficiosos de la dieta EPA y DHA en la salud humana se ha basado en gran medida en dos líneas principales de evidencia, estudios epidemiológicos y ensayos controlados aleatorizados (de intervención), aunque los estudios de laboratorio que investigan los mecanismos bioquímicos y moleculares también han brindado apoyo mecánico a estos enfoques in vivo (Gil et al. 2012; Calder, 2015). Con base en toda la evidencia, un gran número de agencias y asociaciones de salud mundiales y nacionales, y organismos gubernamentales han elaborado muchas recomendaciones para la ingesta de EPA y DHA para los seres humanos, y las de más de 50 organizaciones compiladas recientemente por la Organización Mundial para EPA y DHA Omega 3 (GOED, 2014). Mientras que los niveles recomendados varían entre 250 y 1000 mg, la Sociedad Internacional para el Estudio de Ácidos Grasos y Lípidos recomienda una ingesta diaria de 500 mg de n-3 LC-PUFA para una salud cardiovascular óptima (ISSFAL, 2004). Proyectando esto a una población mundial de 7 mil millones, esto equivale a un requerimiento anual total de más de 1,25 millones de toneladas métricas (tm) de n-3 LC-PUFA y, dado que el suministro global no puede cumplir con este nivel de requerimiento, existe una gran brecha entre oferta y demanda (Naylor et al. 2009; Salem y Eggersdorfer, 2015; Tocher, 2015).
Las microalgas y microbios marinos son los principales productores de la gran mayoría de n-3 LC-PUFA (Harwood & Guschina, 2009), que en consecuencia se acumulan en la red alimentaria marina, lo que explica por qué los pescados y mariscos son las fuentes predominantes de estos nutrientes en el dieta (Tur et al. 2012; Sprague et al. 2017a). De hecho, las autoridades sanitarias mundiales recomiendan consumir al menos dos porciones de pescado a la semana, de las cuales una debe ser grasosa, como una forma de alcanzar la ingesta diaria recomendada de EPA+DHA para proteger contra enfermedades cardiovasculares e inflamatorias, entre otras. beneficios para la salud (GOED, 2014).
Sin embargo, las pesquerías mundiales se encuentran en los límites explotables o los superan y no pueden satisfacer la creciente demanda de pescado y mariscos (Worm et al. 2009). En consecuencia, la acuicultura, que ha estado creciendo a más del 6 % anual durante aproximadamente dos décadas, está llenando el vacío de tal manera que ahora se cultiva más del 50 % de los pescados y mariscos del mundo (FAO, 2016). Curiosamente, los altos niveles de LCPUFA n-3 en peces y camarones de cultivo solo se aseguraron mediante la formulación de alimentos con altos niveles de harina de pescado y, especialmente, aceite de pescado, paradójicamente recursos marinos finitos y limitados derivados de la pesca salvaje (Tacon & Metian, 2008; Shepherd y Jackson, 2013; NRC, 2011). Por lo tanto, para que la acuicultura continúe expandiéndose, se han buscado alternativas a la harina y el aceite de pescado dietéticos, siendo actualmente las harinas vegetales y los aceites vegetales las únicas alternativas viables y sostenibles (Turchini et al. 2011; Shepherd et al. 2017). Sin embargo, estos ingredientes alternativos no contienen n-3 LC-PUFA ya que la ruta biosintética para su producción no está presente en las plantas terrestres (Harwood, 2005), y esto ha presentado algunos desafíos importantes para la acuicultura.
Los aceites vegetales pueden contener altos niveles de AGPI de cadena corta (<C20), ácido α-linolénico (ALA, 18:3n-3) y ácido linoleico (LA, 18:2n-6), aunque estos ácidos grasos no tienen mayor papeles funcionales en la mayoría de los peces distintos de los precursores de los LCPUFA, EPA, DHA y ácido araquidónico altamente biológicamente activos (ARA, 20:4n-6) (Tocher, 2003). Si bien los PUFA en general son componentes dietéticos esenciales para todos los peces, los ácidos grasos esenciales (AGE) específicos varían entre las especies, con LNA y LOA capaces de satisfacer los requisitos de EFA en muchos peces de agua dulce y salmónidos, mientras que solo los LC-PUFA pueden satisfacer los EFA. requisitos en la mayoría de los teleósteos marinos (Tocher, 2010). Sin embargo, en casi todas las especies, los LC-PUFA de la dieta respaldan un mejor rendimiento del crecimiento que los C18 PUFA (Tocher, 2010). Por lo tanto, la importancia crítica de los LC-PUFA en la dieta para un crecimiento, desarrollo y salud óptimos de todos los vertebrados, incluidos los peces (Calder, 2014, 2015; Tocher, 2003, 2010), significa que la sustitución de la harina de pescado y el aceite de pescado en la dieta, con la consiguiente reducción de la n -3 LC-PUFA, si bien es totalmente necesario, ha tenido un impacto potencial en la producción acuícola y la salud de los peces (Tocher & Glencross, 2015). Además, también ha resultado en una disminución de los niveles de n-3 LC-PUFA en los peces de cultivo en los últimos años con el impacto asociado en la calidad del producto/nutricional para los consumidores humanos (Sprague et al. 2016; De Roos et al. 2017). Esto ha estimulado mucha investigación para mitigar y revertir esta disminución, y para aumentar el suministro global de EPA y DHA (Tocher, 2015; Sprague et al. 2017b). Es en este contexto que el considerable esfuerzo de investigación para dilucidar las vías del metabolismo de los ácidos grasos en el pescado se ha basado en la hipótesis general de que la comprensión de las bases moleculares de la biosíntesis y regulación de los LC-PUFA permitirá optimizar la vía para promover una producción eficiente y eficaz. uso de ingredientes dietéticos de origen vegetal en alimentos acuícolas, y restauración del contenido de AGPI-CL n-3 de los peces de cultivo (Leaver et al. 2008; Torstensen & Tocher, 2011).
Vía biosintética de los ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga
Las rutas biosintéticas de LC-PUFA en vertebrados, incluidos los peces, se limitan a la conversión de precursores de C18 PUFA, incluidos LA y ALA suministrados en la dieta. Dos tipos de enzimas clave, a saber, las ácidos grasos desaturasas (Fads) y las proteínas de elongación de ácidos grasos de cadena muy larga (Elovl) (comúnmente denominadas "elongasas"), median las reacciones limitantes de la velocidad en las vías biosintéticas de LC-PUFA (Figura 1).
Figura 1. Rutas biosintéticas completas de ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (LCPUFA) de los precursores C18, concretamente 18:2n–6 y 18:3n–3 en vertebrados.
Las enzimas Fads y Elovl involucradas en reacciones específicas de estas vías actúan sobre los ácidos grasos de las series n-3 y n-6, siendo generalmente los ácidos grasos n-3 los sustratos preferidos (Castro et al. 2016). Usando PUFA n-3 como ejemplo, la biosíntesis de EPA a partir de ALA requiere una desaturación Δ6 para producir 18:4n-3, que luego se alarga a 20:4n-3. Este último pasa por una desaturación Δ5 que da como resultado la producción de EPA. Una vía alternativa implica la elongación inicial de ALA a 20:3n-3, que luego se convierte a 20:4n-3 a través de la desaturación Δ8. Como en la vía anterior, 20:4n-3 puede convertirse en EPA por la acción de una Δ5 desaturasa. En los mamíferos, la producción de DHA a partir de EPA parece proceder a través de la llamada "vía Sprecher", una ruta metabólica que involucra dos elongaciones consecutivas de EPA para producir 24:5n-3, siendo este último Δ6 desaturado a 24:6n -3 (Sprecher, 2000). Si bien todas las reacciones descritas hasta ahora tienen lugar en el retículo endoplásmico (RE), en los peroxisomas se produce una reacción de β-oxidación parcial de 24:6n-3 a DHA y, por lo tanto, la biosíntesis de DHA a través de la vía de
Sprecher se considera más complicada. ruta que la “vía Δ4”, una ruta alternativa para la biosíntesis de DHA que ha demostrado operar potencialmente en varias especies de peces (Oboh et al. 2017). La presencia de las enzimas Fads que permiten la vía Δ4 en los peces se cubrirá ampliamente en las siguientes secciones, aunque se debe tener en cuenta que recientemente se demostró que estas vías también pueden operar en células humanas (Park et al. 2015).
Las enzimas de moda catalizan la introducción de un doble enlace (insaturación) entre un doble enlace existente y el grupo carboxílico en el extremo del sustrato de ácido graso y, por lo tanto, se conocen como desaturasas "front-end" (Castro et al. 2016). El repertorio de modas varía entre los vertebrados (Castro et al. 2012). Los mamíferos poseen tres enzimas similares a Fads denominadas FADS1, FADS2 y FADS3. FADS1 es una desaturasa Δ5, mientras que FADS2 es una desaturasa Δ6 con la capacidad de utilizar tanto sustratos C18 al comienzo de las vías (Figura 1) como PUFA C24, incluido el 24:5n-3 involucrado en la biosíntesis de DHA a través de la vía de Sprecher (Sprecher, 2000). ). Otras actividades de FADS2 de mamíferos incluyen la desaturación Δ8 mencionada anteriormente (Park et al. 2009) y, al menos en un sistema de cultivo celular, la actividad Δ4 (Park et al. 2015). Aunque la(s) función(es) precisa(s) de FADS3 en la biosíntesis de LC-PUFA siguen siendo en gran parte desconocidas, un estudio reciente que utilizó un modelo murino knock-out de Fads3 dio como resultado niveles reducidos de DHA en el cerebro y una mayor proporción de 22:5n-3 a DHA en hígado en comparación con el tipo salvaje, lo que sugirió que Fads3 puede mejorar la síntesis de DHA mediada por el hígado para apoyar la acumulación cerebral (Zhang et al. 2017). Aunque está más allá del alcance de la presente revisión, es importante señalar que, además de las modas, las Elovl (elongasas) también desempeñan funciones importantes en la biosíntesis de AGPICL. Brevemente, las enzimas Elovl catalizan el primer paso de condensación que limita la velocidad en las reacciones que dan como resultado el alargamiento de 2 carbonos de los ácidos grasos (Jakobsson et al. 2006). Se han descrito siete miembros de la familia de proteínas Elovl (Elovl1-7) en vertebrados (Guillou et al. 2010). Mientras que Elovl1, Elovl3, Elovl6 y Elovl7 tienen ácidos grasos saturados o monoinsaturados como sustratos preferidos, Elovl2, Elovl4 y Elovl5 elongan los PUFA y, por lo tanto, desempeñan funciones importantes en la biosíntesis de LC-PUFA (Jakobsson et al. 2006; Guillou et al. 2010). De hecho, estas enzimas han sido el foco de investigación en una amplia gama de especies de peces y el repertorio y las funciones de las enzimas Elovl en los peces se han revisado previamente (Monroig et al. 2011a; Castro et al. 2016).
Diversificación de la actividad desaturasa Fads2 en peces
Existe una fuerte evidencia que respalda que prácticamente todos los teleósteos han perdido el gen fads1 durante la evolución, aunque los genes fads1 y fads2 aún podrían identificarse en peces cartilaginosos como el tiburón gato manchado más pequeño Scyliorhinus canicula (Castro et al. 2012). La pérdida de fads1 en teleósteos se ha visto acompañada por la expansión del gen fads2 y la diversificación de las funciones de las enzimas. Estos fenómenos han sido esclarecidos mediante la clonación y la caracterización funcional de genes fads2 de una amplia gama de grupos filogenéticamente diversos de teleósteos de diferentes hábitats (de agua dulce, diádromos, catádromos y marinos) y niveles tróficos (desde herbívoros hasta carnívoros tope). Aquí proporcionamos una lista actualizada de todos los ADNc de Fads2 que se han clonado y caracterizado funcionalmente a partir de teleósteos. Como se muestra en la Tabla 1, Fads2 de la mayoría de las especies mostró actividad Δ6 desaturasa, consistente con las funciones de FADS2 de mamíferos (Guillou et al. 2010). Además, un estudio exhaustivo que investigó la capacidad de Δ8 desaturasa de los teleósteos Fads2 confirmó que dicha capacidad de desaturación ocurrió en todas las enzimas de teleósteos Fads2 probadas (Monroig et al. 2011b), la lista ahora se amplió para incluir otras Fads2 de la corvina Argyrosomus regius, el mero de manchas naranjas Epinephelus coioides y la corvina negra Nibea mitsukurii (Monroig et al. 2013; Li et al. 2014; Kabeya et al. 2015). Las búsquedas en ensamblajes de genomas de varias especies marinas comercialmente importantes (por ejemplo, el bacalao del Atlántico Gadus morhua y la lubina europea Dicentrarchus labrax) confirmaron que solo existe una copia de fads2 en el genoma, lo que indica que las capacidades de desaturación estaban restringidas a Δ6 y Δ8. Estos hallazgos coincidieron con la opinión comúnmente aceptada de que las especies marinas tienen capacidades de biosíntesis de LC-PUFA limitadas (Tocher, 2010), razón por la cual la mayoría de las especies marinas comercialmente importantes requieren estrictamente el suministro de LC-PUFA preformados, en particular EPA y DHA. en su dieta (Tocher, 2010). Esta situación se agravó aún más en especies como las dos especies de pez globo Takifugu rubripes y Tetraodon nigroviridis, que carecen por completo de genes similares a las modas en su genoma (Castro et al. 2012).
Tabla 1. Fads2 funcionalmente caracterizados en teleósteos. Todas las actividades se determinaron mediante la expresión heteróloga en levadura.
La adquisición de regioselectividades alternativas ha ocurrido dentro de las modas de teleósteos2 (Fonseca-Madrigal et al. 2014; Castro et al. 2016). De hecho, el pez cebra Danio rerio Fads2, el primer Fads2 caracterizado funcionalmente en un teleósteo, mostró actividades duales de desaturasa Δ6 y Δ5 (Hastings et al. 2001). De manera similar, se ha informado actividad dual de Δ6Δ5 desaturasa en otras modas de teleósteos, incluidas las del pez conejo Siganus canaliculatus (Li et al. 2010), la tilapia del Nilo Oreochromis niloticus (Tanomman et al. 2013), el pejerrey del lucio Chirostoma estor (Fonseca-Madrigal et al. . 2014), bagre africano Clarias gariepinus (Oboh et al. 2016) y cabeza de serpiente rayada Channa striata (Kuah et al. 2016) (Tabla 1). Curiosamente, un estudio reciente demostró que una desaturasa del Salmo salar del salmón del Atlántico, caracterizada inicialmente como una desaturasa Δ5 monofuncional (Hastings et al. 2005), también poseía actividad desaturasa Δ6 (Oboh et al. 2017). Este resultado deja a la Δ5 desaturasa de la trucha arcoíris como la única Δ5 Fads2 desaturasa esencialmente monofuncional (Hamid et al. 2015). La distribución de desaturasas duales Δ6Δ5 de especies a lo largo de todo el árbol de vida de los teleósteos (Betancur et al. 2013) sugirió que este es un rasgo bastante común entre los teleósteos Fads2. Es importante destacar que la adquisición de Δ5 desaturasa dentro de un Fads2 puede compensar en parte la pérdida de Fads1 en algunos teleósteos, lo que les permite sintetizar EPA y ARA a partir de los correspondientes precursores de PUFA C18, a saber, ALA y LA, respectivamente (Figura 1).
Otros casos de diversificación de las funciones de Fads2 de teleósteos incluyen la capacidad de algunos Fads2 de teleósteos para actuar como Δ4 desaturasas. Dicha actividad se descubrió por primera vez en el pez conejo Siganus canaliculatus, que en ese momento representaba el primer caso de una Δ4 desaturasa entre los vertebrados (Li et al. 2010).
Posteriormente se han descubierto más Δ4 Fads2 en otros teleósteos (Tabla 1). Es importante señalar que, en algunas especies como el pez conejo, el Δ4 Fads2 coexiste con otro Fads2 con actividad Δ6/Δ5 desaturasa, lo que permite todas las reacciones de desaturación necesarias para la producción de DHA a partir del precursor ALA. Si bien se planteó la hipótesis de que su comportamiento de alimentación herbívoro explica tal complemento de actividad desaturasa en el pez conejo (Li et al., 2010), el mismo patrón se descubrió más tarde en especies de teleósteos no herbívoros como el pejerrey del lucio (Fonseca-Madrigal et al. 2014), cabeza de serpiente rayada (Kuah et al. 2015; Kuah et al. 2016) y tilapia del Nilo (Tanomman et al. 2013; Oboh et al. 2017), lo que sugiere que otros factores de confusión además del nivel trófico también pueden impulsar la diversificación funcional entre teleósteos Fads2.
Los peces pueden biosintetizar DHA a través de dos vías posibles
Como se presentó anteriormente, Sprecher y colaboradores demostraron que la biosíntesis de DHA en mamíferos no parecía proceder a través de una desaturación Δ4 de 22:5n-3, sino que 22:5n-3 se alargó a 24:5n-3 antes de que este último se desaturaba más en la posición Δ6 para producir 24:6n-3. El acortamiento de la cadena de 24:6n-3 a DHA se logró en los peroxisomas y, por lo tanto, la vía de Sprecher implicó la translocación de ácidos grasos desde el retículo endoplásmico (responsable de las reacciones de desaturación y elongación) a los peroxisomas donde tiene lugar la β-oxidación parcial a DHA. Aunque estos estudios se realizaron en ratas, se aceptaron las mismas vías para mediar en la biosíntesis de DHA en todos los vertebrados, y estudios posteriores confirmaron que la vía Sprecher también estaba activa en la trucha arcoíris (Buzzi et al. 1997; Henderson et al. 1998). Más tarde, se demostró que el pez cebra Fads2, que había demostrado actuar como Δ6 desaturasa hacia 18:3n-3 (Hastings et al. 2001), desaturaba de manera efectiva 24:5n-3 a 24:6n-3 (Tocher et al. 2003). Por lo tanto, este estudio confirmó que la misma enzima Fads2 podría operar en los dos pasos distintos de desaturación Δ6 de la vía (Figura 1), uno en 18:3n-3 y el otro en 24:5n-3. Por el contrario, Kabeya et al. (2015) mostró que el Δ6 Fads2 de la corvina del Nibe Nibea mitsukurii fue capaz de desaturar 18:3n-3 pero no 24:5n-3, lo que sugiere que la capacidad de los peces para biosintetizar DHA a través de la vía Sprecher varía entre especies. Para probar esta hipótesis, un estudio reciente investigó la prevalencia de la vía de Sprecher entre los peces teleósteos al determinar la actividad Δ6 hacia los sustratos C24 (24:5n-3 y 24:4n-6) por las desaturasas Fads2 de los teleósteos (Oboh et al. , 2017).
El estudio concluyó que, con la excepción de la corvina del Nibe Δ6 Fads2, todas las desaturasas que no eran Δ4 tenían la capacidad de desaturar los sustratos C24 PUFA en la posición Δ6 y, por lo tanto, tanto 24:5n-3 como 24:4n-6 se convirtieron en 24: 6n-3 y 24:5n-6, respectivamente. Es importante destacar que dicha capacidad de desaturasa se demostró en Fads2 de especies con diferentes antecedentes evolutivos y con diferentes actividades de desaturasa, incluidas las desaturasas monofuncionales Δ6 y bifuncionales Δ6Δ5 (Oboh et al. 2017). Aunque ninguno de los Δ4 Fads2 estudiados por Oboh et al. (2017) pudieron desaturar sustratos de AGPI C24, algunas de estas Δ4 desaturasas estaban presentes en especies de peces (p. ej., pez conejo y pejerrey de lucio) en las que otro Fads2 tenía la capacidad de desaturar 24:5n-3 a 24:6n-3 como por la vía de Sprecher.
En consecuencia, dos vías para la biosíntesis de DHA, a saber, la vía Sprecher y la vía Δ4, podrían coexistir potencialmente en algunas especies de peces teleósteos y, si ambas fueran funcionales, esto representaría una clara ventaja para satisfacer los requisitos de DHA a través de la producción endógena a partir de precursores dietéticos.
Es interesante notar que Oboh et al. (2017) confirmaron además que la aparición de la vía Δ4 estaba más extendida de lo que se creía inicialmente cuando se descubrió la primera Δ4 desaturasa de vertebrados en el pez conejo (Li et al. 2010). Utilizando una región conservada que contiene el motivo YXXN responsable de la actividad de Δ4 desaturasa (Lim et al. 2014) como consulta de búsqueda, Oboh et al. (2017) identificaron la presencia de supuestas Δ4 desaturasas en 11 especies y confirmaron sus funciones en la tilapia del Nilo y el medaka japonés como se describe anteriormente.
La distribución de las Δ4 desaturasas dentro del árbol de la vida de los peces óseos sugirió que las Δ4 Fads2 parecen estar restringidas a especies de teleósteos dentro de linajes surgidos recientemente, lo que sugiere que la adquisición de la vía Δ4 ocurrió más tarde durante la evolución de los teleósteos, con linajes de peces más basales. (por ejemplo, anguilas, carpas, bagres, salmónidos) que tienen (si la hay) la vía Sprecher como la única ruta para la biosíntesis de DHA (Oboh et al. 2017).
Utilización de la información molecular de la biosíntesis de LC-PUFA para la acuicultura La rápida acumulación de información molecular de la vía biosintética de LC-PUFA en los peces puede permitir la implementación de nuevos enfoques basados en la genética para optimizar y maximizar los niveles de EPA y DHA en las especies cultivadas. Por ejemplo, la selección genética de cepas de pescado con capacidad mejorada para la biosíntesis de LC-PUFA parece ser una estrategia muy prometedora (Gjedrem, 2000) ya que se confirmó que el contenido de LC-PUFA n-3 en la carne es un rasgo altamente hereditario en el salmón del Atlántico ( Leaver et al. 2011). Nuestro creciente conocimiento de los genes que codifican las grasas acil desaturasas y elongasas directamente asociadas con el rasgo n-3 LC-PUFA puede, por lo tanto, convertirlos en objetivos apropiados para la selección cuando se identifican los alelos deseables.
Esto podría permitir el desarrollo de cepas de peces con una mayor capacidad para prosperar en formulaciones de alimentos a base de plantas más sostenibles. En este sentido, las poblaciones silvestres pueden representar un recurso genético valioso para mejorar el rasgo n-3 LC-PUFA, ya que se demostró recientemente que las cepas de salmón del Atlántico encerradas en el mar, que no migran al mar, tienen una mayor capacidad biosintética de LCPUFA ( Betancor et al. 2016).
Los estudios han indicado que la biosíntesis de LC-PUFA endógenos en peces puede mejorar mediante la "programación nutricional" y que esto puede implicar la activación y/o la optimización de la expresión génica (Clarkson et al. 2017; Vera et al. presentado). La consulta de búsqueda nutricional, Oboh et al. (2017) identificaron la presencia de supuestas Δ4 desaturasas en 11 especies y confirmaron sus funciones en la tilapia del Nilo y el medaka japonés como se describe anteriormente.
La distribución de las Δ4 desaturasas dentro del árbol de la vida de los peces óseos sugirió que las Δ4 Fads2 parecen estar restringidas a especies de teleósteos dentro de linajes surgidos recientemente, lo que sugiere que la adquisición de la vía Δ4 ocurrió más tarde durante la evolución de los teleósteos, con linajes de peces más basales. (por ejemplo, anguilas, carpas, bagres, salmónidos) que tienen (si la hay) la vía Sprecher como la única ruta para la biosíntesis de DHA (Oboh et al. 2017).
Utilización de la información molecular de la biosíntesis de LC-PUFA para acuicultura
La información molecular rápidamente acumulada de la vía biosintética de LC-PUFA en los peces puede permitir la implementación de nuevos enfoques basados en la genética para optimizar y maximizar los niveles de EPA y DHA en las especies cultivadas. Por ejemplo, la selección genética de cepas de pescado con capacidad mejorada para la biosíntesis de LC-PUFA parece ser una estrategia muy prometedora (Gjedrem, 2000) ya que se confirmó que el contenido de LC-PUFA n-3 en la carne es un rasgo altamente hereditario en el salmón del Atlántico ( Leaver et al. 2011). Nuestro creciente conocimiento de los genes que codifican las grasas acil desaturasas y elongasas directamente asociadas con el rasgo n-3 LC-PUFA puede, por lo tanto, convertirlos en objetivos apropiados para la selección cuando se identifican los alelos deseables.
Esto podría permitir el desarrollo de cepas de peces con una mayor capacidad para prosperar en formulaciones de alimentos a base de plantas más sostenibles. En este sentido, las poblaciones silvestres pueden representar un recurso genético valioso para mejorar el rasgo n-3 LC-PUFA, ya que se demostró recientemente que las cepas de salmón del Atlántico encerradas en el mar, que no migran al mar, tienen una mayor capacidad biosintética de LCPUFA ( Betancor et al. 2016).
continuará brindando información valiosa sobre la biosíntesis de LC-PUFA en peces y será vital para aplicaciones prácticas dentro de la industria de la acuicultura.
Los estudios han indicado que la biosíntesis de LC-PUFA endógenos en peces puede mejorar mediante la "programación nutricional" y que esto puede implicar la activación y/o la optimización de la expresión génica (Clarkson et al. 2017; Vera et al. presentado). El concepto de programación nutricional implica exponer a un animal a un estímulo dietético temprano en la vida que altera metabólica y fisiológicamente al individuo de tal manera que se adapte y sea más capaz de responder a un desafío nutricional similar más adelante en la vida (Lucas, 1998; Patel & Srinivasan, 2002). ). Muy recientemente, una intervención nutricional temprana en salmón del Atlántico en su primera alimentación utilizando una dieta formulada casi en su totalidad con harinas vegetales y aceites vegetales, con niveles muy bajos de EPA y DHA, adaptó a los peces para utilizar mejor estos alimentos. Por lo tanto, los peces que recibieron esta dieta desafiante en la primera alimentación mostraron una retención mucho mayor de EPA y DHA en comparación con los peces alimentados con una dieta con altos niveles de n-3 LC-PUFA en la primera alimentación (Clarkson et al. 2017). La expresión génica del hígado mostró una regulación positiva de todas las vías del metabolismo intermediario, incluida la biosíntesis de LC-PUFA (específicamente los genes fads2 y elovl5) en peces dado el estímulo nutricional temprano que fue consistente con una respuesta/adaptación bioquímica y fisiológica (Vera et al., presentado). Si bien estos datos también brindan información, la naturaleza precisa de la respuesta molecular aún está bajo investigación y probablemente involucre mecanismos epigenéticos (Balasubramanian et al. 2016).
La tecnología transgénica también se ha aplicado para mejorar la capacidad de biosíntesis de LC-PUFA. Los ensayos iniciales con la especie modelo pez cebra se realizaron mediante la introducción de genes que codifican putativos Δ6 (Alimuddin et al. 2005) y Δ5 fads2 (Alimuddin et al. 2007) y elovl5 (Alimuddin et al. 2008) del salmón masu Oncorhynchus masou. El pez cebra transgénico resultante que llevaba salmón masu putativo Δ6 modas2 mostró un nivel de DHA dos veces más alto en comparación con sus contrapartes no transgénicas (Alimuddin et al. 2005). El pez cebra transgénico que lleva el supuesto Δ6 fads2 y elovl5 de salmón masu también mostró niveles más altos de LC-PUFA en comparación con sus homólogos no transgénicos (Alimuddin et al. 2007, 2008).
A partir de entonces, Caenorhabditis elegans ω3 desaturasa (fat1) y Δ12 desaturasa (fat2) humanizadas también se introdujeron en el pez cebra, lo que permitió que el pez transgénico produjera PUFA de novo (Pang et al. 2014). A medida que las técnicas transgénicas en desarrollo se han vuelto aplicables a especies no modelo, también se han establecido cepas transgénicas en especies comercialmente importantes, a saber, la carpa común Cyprinus carpio (Cheng et al. 2014) y la corvina marina de Nibe (Kabeya et al. 2014, 2016). Estos estudios tienen el potencial, no solo de comprender los mecanismos moleculares y fisiológicos subyacentes al metabolismo de los LC-PUFA in vivo, sino también de generar cepas específicas de peces de cultivo que posiblemente no requieran un suministro dietético de LC-PUFA preformados para larvas y en crecimiento. etapas Sin embargo, la aplicabilidad de estas tecnologías a la piscicultura sigue siendo un gran desafío debido, en parte, a problemas sociopolíticos y normas de seguridad alimentaria.
Conclusiones
Los LC-PUFA, en particular los de la serie omega-3, son componentes esenciales de la dieta humana y se obtienen principalmente del pescado. Por lo tanto, a medida que la acuicultura ha continuado expandiéndose, la industria ha tenido que hacer frente a la gran demanda de pescados y productos del mar nutritivos (con alto contenido de omega-3 LC-PUFA) al mismo tiempo que aumenta la utilización de ingredientes no marinos en los alimentos acuícolas. Simultáneamente, se han llevado a cabo varias líneas de investigación para ampliar el conocimiento con respecto a la biosíntesis de LC-PUFA en peces con el fin de comprender su capacidad para utilizar los ácidos grasos dietéticos contenidos en ingredientes alternativos de origen vegetal utilizados en alimentos acuícolas.
En la presente revisión, hemos resumido hasta qué punto nuestra comprensión de teleósteos Fads2, una de las enzimas clave de la biosíntesis de LC-PUFA, ha ayudado a lograr este objetivo. A diferencia de los mamíferos, los teleósteos han perdido el gen fads1 (Δ5 desaturasa) pero poseen diferentes números de copias de fads2. Es importante destacar que, en lugar de permanecer como Δ6/Δ8 desaturasas como en los mamíferos, las modas2 de peces teleósteos se han funcionalizado como resultado de historias evolutivas específicas de la especie y factores ecológicos, incluido el hábitat y el nivel trófico. Además, cabe señalar que se ha confirmado que dos vías distintas de biosíntesis de DHA, la llamada "vía Sprecher" y la "vía Δ4", se propagan ampliamente entre los teleósteos. Sin embargo, dado que la regioselectividad de Fads2 podría ser completamente diferente incluso dentro de especies estrechamente relacionadas, la caracterización funcional de Fads2