El mapa oculto del salmón: chilenos descifran el quinoma más grande del reino animal
Investigadores de la Universidad de Chile e INTA lograron un hito en la biología molecular del salmón del Atlántico, abriendo nuevas rutas para la acuicultura y la biomedicina.
Un hallazgo sin precedentes acaba de situar al salmón del Atlántico (Salmo salar) en el centro de la biología molecular y de la investigación aplicada a la acuicultura. Un equipo del Laboratorio de Genómica y Genética de Interacciones Biológicas (LG²IB) de la Universidad de Chile e INTA, liderado por el Dr. Rodrigo Pulgar, caracterizó por primera vez el quinoma completo de esta especie, es decir, el conjunto total de proteínas quinasas codificadas en su genoma.
El trabajo, publicado en la revista Aquaculture bajo el título “Genome-wide prediction and gene expression profiling of the Atlantic Salmon Kinome”, fue desarrollado por los doctorandos Francisca Vera y Felipe Galdames, con la guía de los doctores Christian Hödar y Rodrigo Pulgar.
Un repertorio molecular sin precedentes
Las proteínas quinasas son enzimas esenciales que regulan prácticamente todos los procesos celulares al activar o desactivar otras proteínas mediante fosforilación. Mediante herramientas bioinformáticas y análisis de transcriptómica, los científicos identificaron 1.157 quinasas eucariotas típicas (ePKs) y 137 quinasas atípicas (aPKs).
El número sorprende: se trata del quinoma más grande descrito hasta ahora en cualquier especie animal, superando incluso al del ser humano. Para el Dr. Pulgar, este hallazgo se explica por la duplicación completa del genoma del salmón ocurrida hace 100 millones de años, lo que le otorgó un repertorio ampliado de respuestas celulares frente a variaciones ambientales y desafíos patogénicos.
El Dr. Rodrigo Pulgar comentó acerca del descubrimiento más significativo de este estudio y otros aspectos relevantes, explicando que “si bien el mapeo completo del quinoma del salmón (el conjunto de todas sus quinasas) es un hito fundamental por sí mismo, los hallazgos más significativos son dos. Primero, descubrimos que el salmón posee el quinoma más grande reportado en el reino animal, incluso más grande que el humano. Segundo, y a pesar de esa diferencia en tamaño, encontramos que estas enzimas están altamente conservadas a nivel evolutivo entre ambas especies, lo que apertura la posibilidad de usar lo que se conoce en humanos para aplicarlo en salmones, y a su vez utilizar al salmón como modelo de estudio biomédico”.
Agregó que “su tamaño se explica por una duplicación completa de su genoma que ocurrió hace unos 100 millones de años. Sin embargo, lo crucial no es solo que tengan más genes, sino que hayan conservado una cantidad tan grande de quinasas. Esto sugiere que esta redundancia genética les confiere una ventaja biológica: un repertorio más amplio de respuestas celulares para adaptarse a cambios en su entorno, como variaciones en la temperatura o desafíos patógenos”.
Respecto a por qué no se había estudiado antes, “creo hay dos razones principales. Primero, el salmón, pese a su importancia comercial, no es una especie modelo tradicional en biología molecular, lo que presenta mayores desafíos técnicos. Segundo, el genoma de referencia de alta calidad necesario para un estudio de este tipo solo ha estado disponible durante los últimos cuatro años. Nuestra investigación fue posible gracias a este recurso fundamental”, aseveró.
Conservación evolutiva y aplicaciones biomédicas
Uno de los aspectos más reveladores del estudio es la alta conservación de las quinasas entre salmones y humanos, pese a su divergencia evolutiva. Esto abre posibilidades insospechadas:
Usar inhibidores de quinasas ya aprobados en medicina humana para probar su efecto en salmones.
Aplicar herramientas de edición génica, como CRISPR/Cas9, para estudiar la función de estas enzimas en procesos como el crecimiento muscular o la respuesta inmune.
Avanzar en la fosfoproteómica, que permite rastrear en detalle las redes de señalización celular.
El músculo bajo la lupa
Dada la importancia productiva del músculo en la salmonicultura, los investigadores analizaron con especial atención la expresión de las quinasas en este tejido. Descubrieron que las más activas están ligadas a la diferenciación muscular y la señalización de calcio, procesos clave en el crecimiento del músculo esquelético.
“Realizamos un análisis transcripcional de la expresión de genes de quinasas en seis tejidos de salmón, revelando patrones de expresión específicos de cada tejido. En particular, se encontró que 99 quinasas eran más abundantes en el músculo, mientras que 53 quinasas exhibieron una menor abundancia, y el análisis de enriquecimiento funcional demostró que las quinasas musculares están involucradas en procesos clave como la diferenciación muscular, la señalización de calcio y la regulación de la vía MAPK”, detallaron los autores en el estudio.
Esto abre la puerta a aplicaciones prácticas en acuicultura, como:
Mejorar la eficiencia productiva potenciando el desarrollo muscular.
Incrementar la resistencia a patógenos como Piscirickettsia salmonis.
Favorecer la adaptación a cambios ambientales, un aspecto crucial frente al cambio climático.
Una base para la acuicultura del futuro
Este trabajo es el resultado de una fructífera colaboración que integra formación de capital humano y financiamiento competitivo. Es el primer objetivo del Proyecto FONDECYT Regular liderado por el Prof. Rodrigo Pulgar, titulado “Disclosing the phosphorylation landscape of the host-pathogen interaction between Piscirickettsia salmonis and Atlantic salmon”. Además, fue parte de la unidad de investigación doctoral de Francisca Vera en el programa de Doctorado en Ciencias Silvoagropecuarias y Veterinarias de la Universidad de Chile, y fue el Seminario de Título de Felipe Galdames para obtener el grado de Ingeniero en Biotecnología Molecular, bajo la dirección conjunta de los profesores Christian Hödar y Rodrigo Pulgar.
El descubrimiento del quinoma más grande conocido no solo aporta al conocimiento básico de la biología de peces, sino que se proyecta como un recurso estratégico para la salmonicultura. La posibilidad de diseñar intervenciones nutricionales, farmacológicas o genéticas basadas en la modulación de quinasas podría transformar la eficiencia y sostenibilidad del sector.
Para el equipo, el siguiente paso es la validación funcional: determinar el rol concreto de quinasas específicas en los fenotipos de interés. “La gran ventaja que tenemos es la conservación evolutiva con humanos. Esto nos permite usar fármacos inhibidores de quinasas ya aprobados en medicina humana para probar su efecto en sistemas de salmón”, afirmó.
“Además, ya hemos implementado con éxito la tecnología CRISPR/Cas9 en células de salmón para editar estos genes. Actualmente, estamos combinando estas herramientas (fármacos y edición génica) con análisis de fosfoproteómica para estudiar el papel de quinasas seleccionadas en la respuesta a infecciones intracelulares y desentrañar las vías de señalización que controlan”, contó.
Descargue el estudio aquí: Genome-wide prediction and gene expression profiling of the Atlantic Salmon Kinome
Un hallazgo sin precedentes acaba de situar al salmón del Atlántico (Salmo salar) en el centro de la biología molecular y de la investigación aplicada a la acuicultura. Un equipo del Laboratorio de Genómica y Genética de Interacciones Biológicas (LG²IB) de la Universidad de Chile e INTA, liderado por el Dr. Rodrigo Pulgar, caracterizó por primera vez el quinoma completo de esta especie, es decir, el conjunto total de proteínas quinasas codificadas en su genoma.
El trabajo, publicado en la revista Aquaculture bajo el título “Genome-wide prediction and gene expression profiling of the Atlantic Salmon Kinome”, fue desarrollado por los doctorandos Francisca Vera y Felipe Galdames, con la guía de los doctores Christian Hödar y Rodrigo Pulgar.
Un repertorio molecular sin precedentes
Las proteínas quinasas son enzimas esenciales que regulan prácticamente todos los procesos celulares al activar o desactivar otras proteínas mediante fosforilación. Mediante herramientas bioinformáticas y análisis de transcriptómica, los científicos identificaron 1.157 quinasas eucariotas típicas (ePKs) y 137 quinasas atípicas (aPKs).
El número sorprende: se trata del quinoma más grande descrito hasta ahora en cualquier especie animal, superando incluso al del ser humano. Para el Dr. Pulgar, este hallazgo se explica por la duplicación completa del genoma del salmón ocurrida hace 100 millones de años, lo que le otorgó un repertorio ampliado de respuestas celulares frente a variaciones ambientales y desafíos patogénicos.
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El Dr. Rodrigo Pulgar comentó acerca del descubrimiento más significativo de este estudio y otros aspectos relevantes, explicando que “si bien el mapeo completo del quinoma del salmón (el conjunto de todas sus quinasas) es un hito fundamental por sí mismo, los hallazgos más significativos son dos. Primero, descubrimos que el salmón posee el quinoma más grande reportado en el reino animal, incluso más grande que el humano. Segundo, y a pesar de esa diferencia en tamaño, encontramos que estas enzimas están altamente conservadas a nivel evolutivo entre ambas especies, lo que apertura la posibilidad de usar lo que se conoce en humanos para aplicarlo en salmones, y a su vez utilizar al salmón como modelo de estudio biomédico”.
Agregó que “su tamaño se explica por una duplicación completa de su genoma que ocurrió hace unos 100 millones de años. Sin embargo, lo crucial no es solo que tengan más genes, sino que hayan conservado una cantidad tan grande de quinasas. Esto sugiere que esta redundancia genética les confiere una ventaja biológica: un repertorio más amplio de respuestas celulares para adaptarse a cambios en su entorno, como variaciones en la temperatura o desafíos patógenos”.
Respecto a por qué no se había estudiado antes, “creo hay dos razones principales. Primero, el salmón, pese a su importancia comercial, no es una especie modelo tradicional en biología molecular, lo que presenta mayores desafíos técnicos. Segundo, el genoma de referencia de alta calidad necesario para un estudio de este tipo solo ha estado disponible durante los últimos cuatro años. Nuestra investigación fue posible gracias a este recurso fundamental”, aseveró.
Conservación evolutiva y aplicaciones biomédicas
Uno de los aspectos más reveladores del estudio es la alta conservación de las quinasas entre salmones y humanos, pese a su divergencia evolutiva. Esto abre posibilidades insospechadas:
Usar inhibidores de quinasas ya aprobados en medicina humana para probar su efecto en salmones.
Aplicar herramientas de edición génica, como CRISPR/Cas9, para estudiar la función de estas enzimas en procesos como el crecimiento muscular o la respuesta inmune.
Avanzar en la fosfoproteómica, que permite rastrear en detalle las redes de señalización celular.
El músculo bajo la lupa
Dada la importancia productiva del músculo en la salmonicultura, los investigadores analizaron con especial atención la expresión de las quinasas en este tejido. Descubrieron que las más activas están ligadas a la diferenciación muscular y la señalización de calcio, procesos clave en el crecimiento del músculo esquelético.
“Realizamos un análisis transcripcional de la expresión de genes de quinasas en seis tejidos de salmón, revelando patrones de expresión específicos de cada tejido. En particular, se encontró que 99 quinasas eran más abundantes en el músculo, mientras que 53 quinasas exhibieron una menor abundancia, y el análisis de enriquecimiento funcional demostró que las quinasas musculares están involucradas en procesos clave como la diferenciación muscular, la señalización de calcio y la regulación de la vía MAPK”, detallaron los autores en el estudio.
Esto abre la puerta a aplicaciones prácticas en acuicultura, como:
Mejorar la eficiencia productiva potenciando el desarrollo muscular.
Incrementar la resistencia a patógenos como Piscirickettsia salmonis.
Favorecer la adaptación a cambios ambientales, un aspecto crucial frente al cambio climático.
Una base para la acuicultura del futuro
Este trabajo es el resultado de una fructífera colaboración que integra formación de capital humano y financiamiento competitivo. Es el primer objetivo del Proyecto FONDECYT Regular liderado por el Prof. Rodrigo Pulgar, titulado “Disclosing the phosphorylation landscape of the host-pathogen interaction between Piscirickettsia salmonis and Atlantic salmon”. Además, fue parte de la unidad de investigación doctoral de Francisca Vera en el programa de Doctorado en Ciencias Silvoagropecuarias y Veterinarias de la Universidad de Chile, y fue el Seminario de Título de Felipe Galdames para obtener el grado de Ingeniero en Biotecnología Molecular, bajo la dirección conjunta de los profesores Christian Hödar y Rodrigo Pulgar.
El descubrimiento del quinoma más grande conocido no solo aporta al conocimiento básico de la biología de peces, sino que se proyecta como un recurso estratégico para la salmonicultura. La posibilidad de diseñar intervenciones nutricionales, farmacológicas o genéticas basadas en la modulación de quinasas podría transformar la eficiencia y sostenibilidad del sector.
Para el equipo, el siguiente paso es la validación funcional: determinar el rol concreto de quinasas específicas en los fenotipos de interés. “La gran ventaja que tenemos es la conservación evolutiva con humanos. Esto nos permite usar fármacos inhibidores de quinasas ya aprobados en medicina humana para probar su efecto en sistemas de salmón”, afirmó.
“Además, ya hemos implementado con éxito la tecnología CRISPR/Cas9 en células de salmón para editar estos genes. Actualmente, estamos combinando estas herramientas (fármacos y edición génica) con análisis de fosfoproteómica para estudiar el papel de quinasas seleccionadas en la respuesta a infecciones intracelulares y desentrañar las vías de señalización que controlan”, contó.
