LA HISTORIA DE LAS OSTRAS TRIPLOIDES

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Hace mucho tiempo fueron los días de los mares, llenos de todo tipo de peces y moluscos, y políticas de laissez-faire que evitaban cualquier forma de regulación de la pesca, ejemplificadas mejor por las opiniones de uno de los gigantes intelectuales del siglo XIX, Thomas Huxley, un científico natural autodidáctico, que se apodó a sí mismo «bulldog de Darwin» debido a su firme defensa de las controvertidas ideas de este último, y que engendró una larga línea de Huxley genios. En su opinión, las bondades de los océanos se consideraban inagotables y la naturaleza abandonada a su suerte, en el verdadero espíritu del libre comercio y el liberalismo, era casi infinitamente resistente y podía adaptarse a cualquier presión impuesta por el hombre, de modo que la idea de cualquier amenaza de sobrepesca era totalmente rechazada. Para ser justos con Huxley, hacia el final de su vida, su tono cambió, ya que se convenció más de que era necesario introducir el manejo de los lechos de ostras y reconoció los peligros inherentes a ciertas prácticas. Aparte de Francia, la mayoría de los países no introdujeron ningún sistema de regulación viable hasta que fue demasiado tarde. Hoy en día, la tragedia de toda esta ingenuidad, por un lado, y la codicia, por el otro, es demasiado evidente. Las poblaciones de peces han disminuido drásticamente y la pesca se ha vuelto ahora mucho más regulada. La acuicultura se considera una necesidad económica y ambiental para salvaguardar los recursos finitos de los mares. Sin embargo, no toda la acuicultura es sostenible, y en un libro reciente de Colin Nash, The History of Aquaculture (2011), se ha acumulado una pila de pruebas de la participación desagradable de la industria de la energía nuclear y los conglomerados químicos multinacionales como Union Carbide, Dow Chemical y Sun Oil en la acuicultura durante la década de 1960/70, que tuvo consecuencias devastadoras para el medio ambiente marino. La acuicultura fue vista como una forma de comprar buena publicidad y adquirir una marca como una empresa solidaria.

Desde el principio, la ciencia se ha esforzado por involucrarse en la acuicultura. Uno de sus pioneros, conocido en Francia como le père de la pisciculture, Victor Coste (1807-1873) fue originalmente profesor de embriología, y fue instrumental en la difusión del interés en los métodos de recolección artificial de escupideras silvestres de ostras. La suya era la edad de los primeros criaderos que se establecieron para estudiar y permitir el desove de peces en ambientes artificiales. Pero la ciencia generalmente tardaba en afianzarse. Los primeros criaderos experimentales a gran escala se iniciaron en la década de 1930, en Conwy, Gales (Reino Unido) bajo la dirección de Herbert Cole (1911-1984) y Peter Walne (1926-1978) y en Milford, Connecticut (Estados Unidos) bajo la dirección de Victor Loosanoff (1899-1987). Pero la mayor parte del trabajo solo se puso en marcha después de la segunda Guerra Mundial. La cría selectiva y artificial de la semilla de ostra en criaderos se consideraron formas de compensar la desaparición de las poblaciones silvestres y la imprevisibilidad del desove en climas más fríos al proporcionar una fuente casi ilimitada de semilla para el cultivo. La primera planta de incubación comercial de semillas de ostras abrió en la costa oeste de los Estados Unidos en 1967, pero como la mayoría de las plantas de incubación estaba plagada de varios problemas biológicos.

Así que esta fue la escena en la que un joven y ambicioso estudiante se propuso crear una ostra híbrida, una que nunca había existido en la naturaleza. La narrativa comienza en un centro de investigación boscoso en la cima de una colina, ahora el Ira C. Darling Marine Center, con vistas al río Damariscotta, en la costa de Maine en el noreste de América, donde en 1979 los biólogos marinos de la Universidad de Maine estaban trabajando en métodos para ayudar a mejorar la industria local del marisco. Era importante encontrar formas de hacer que los peces crecieran más rápidamente en las aguas más frías, superar los problemas de desove errático a temperaturas tan bajas y ganar más dinero produciendo mariscos para el consumo durante todo el año. La idea de cultivar ganado de cría en criaderos no era nueva, pero producir una ostra estéril sí, a la que se le negaría la función más básica de la naturaleza, la reproducción, para que el contenido de carne, el sabor y la textura pudieran mejorarse. En lugar de utilizar sus reservas de azúcar de glucosa y glucógeno para la producción de gametos, y reducir su contenido de carne hasta en un 70%, se pensó que la ostra estéril podría liberarse para aprovechar esta energía para el crecimiento de la carne y la cáscara, reduciendo así el tiempo para cultivar una ostra comercializable. Otro beneficio de una ostra de crecimiento más rápido fue que podía alcanzar el tamaño del mercado antes de ser vulnerable a tipos particulares de parásitos como el que causa la enfermedad Dermo (Perkinsus marinus). En una palabra, el triploide estéril se iba a crear porque tenía un sentido de marketing irrefutable.

El Centro Marino Ira C. Darling de la Universidad de Maine

La historia de la ostra triploide es un capítulo fascinante y hasta cierto punto aterrador de la historia de la acuicultura. Personifica el deseo del hombre de dominar y elevarse por encima de la imprevisibilidad de la naturaleza, pero también plantea preguntas incómodas sobre hasta dónde ha llegado el hombre en la búsqueda de modificar la ecología de la naturaleza. Como escribió Sir Maurice Yonge (1899-1986), un distinguido zoólogo marino de su época, en sus Ostras sobre el futuro del cultivo de ostras, «cuanto más interfiera el hombre con la naturaleza, mayores serán los problemas que crea (1960, 189).

Algunos datos elementales sobre la biología genética pueden ser necesarios aquí. En el reino animal, casi todas las especies son diploides, es decir, cada una de sus células somáticas contiene dos conjuntos de cromosomas homólogos, uno del padre y otro de la madre. Las células somáticas dan lugar al desarrollo del cuerpo individual a través del proceso de mitosis, en el que las células se dividen a través de la replicación del ADN, reteniendo así sus dos conjuntos de cromosomas idénticos. Las células germinales, que son responsables de la reproducción y formación de una nueva generación, se encuentran en las gónadas y se convierten en gametos masculinos y femeninos (es decir, espermatozoides y óvulos). Este proceso mediante el cual las células germinales recombinan sus moléculas genéticas de ADN de cromosomas homólogos (sinapsis) y pierden uno de sus conjuntos de cromosomas y se convierten en células haploides (un solo conjunto de cromosomas) o gametos de progenie se denomina meiosis. Como un par de biólogos genéticos escribieron tan sucintamente, «la esencia misma del sexo es la recombinación meiótica.»(¡Nunca aprendimos eso en la escuela!). La meiosis implica fases intrincadas de separación cromosómica, reordenamientos y segregación antes de que se formen nuevas células haploides, todo en un período de tiempo relativamente corto, aunque se divide en dos etapas principales, la meiosis I y II. En cada una de estas dos etapas, los llamados cuerpos polares se extruyen (liberan) y sirven como indicadores biológicos del desarrollo de la meiosis, especialmente en la creación de óvulos triploides. Sin embargo, el proceso de meiosis en muchos moluscos marinos, incluidas las ostras, se retrasa y solo se completa después de la fertilización, mientras que en la mayoría de los otros animales este proceso se logra antes de la fertilización. Es este complicado y sorprendente proceso de meiosis el que se manipula, inhibiendo o bloqueando la liberación de los cuerpos polares, ya sea en la meiosis I o en la meiosis II, para garantizar que el óvulo conserve sus dos conjuntos de cromosomas. Normalmente, un conjunto de cromosomas se desprendería para dar paso al conjunto de cromosomas proporcionado por el esperma masculino para asegurar la continuación de la diploidía en el organismo. Si esta manipulación tiene éxito, el óvulo fertilizado contiene tres juegos de cromosomas, es decir, se convierte en una célula triploide, que luego puede sufrir mitosis de la manera habitual. En general, se asumió que los triploides adultos eran estériles, ya que sus tres conjuntos de cromosomas homólogos no podían recombinarse con éxito durante la meiosis.

En humanos y mamíferos en general, la condición de la triploidía es siempre potencialmente mortal, si no letal, pero en el mundo de los no vertebrados y las plantas, hay muchas especies, que existen en estados naturales de poliploidía (varios conjuntos de cromosomas). Por ejemplo, hay especies silvestres de bayas pertenecientes al género Vaccinium, como arándanos, arándanos y arándanos rojos que son poliploides (tetraploides y hexaploides), así como diploides. Incluso hay variedades de uvas que se han descubierto que tienen esta característica. Algunas frutas agrícolas comunes, como los melones, los plátanos y las naranjas, también han sido manipuladas en poliploides para crecer más grandes y más rápidamente.

Mientras tanto, en Maine, la investigación se orientó a la creación de mariscos poliploides, y después de una serie de experimentos de ensayo y error, se seleccionó una técnica, que se había utilizado en almejas, salmón y trucha arco iris en Noruega a principios de la década de 1970, con su parte justa de serendipia. Implicaba la inserción de una sustancia química tóxica, una micotoxina, la citocalasina B, en un momento crítico durante la meiosis en el óvulo recién fertilizado para evitar la reducción de los dos conjuntos de cromosomas femeninos a uno, de modo que terminara con tres conjuntos (triploidía). El momento, la duración y los niveles de dosis eran cruciales y, en el peor de los casos, podían causar anomalías genéticas (aneuploidía) y altas tasas de mortalidad en diversas etapas del desarrollo larvario. El punto óptimo en el que se insertó la sustancia química tóxica fue durante la meiosis II, para inhibir la liberación del segundo cuerpo polar y así producir un cigoto triploide (huevo fertilizado).

Triploidía inducida

El desarrollo de cigotos triploides inducidos químicamente durante la meiosis II

Esta técnica de laboratorio de uso de citocalasina B se perfeccionó gradualmente y marcó el comienzo de una nueva era en el cultivo de ostras, en la que una especie artificial, supuestamente estéril, no modificada genéticamente, sin embargo, el triploide, podría usarse para producir una ostra más carnosa y jugosa más rápidamente, e incluso durante el verano, meses «sin r». El joven estudiante graduado detrás de este trabajo fue Standish K. Allen Jnr, a quien junto con su supervisor Herb Hidu y su mentor Jon Stanley, se le atribuye la investigación innovadora, llevada a cabo con la ostra Oriental o Atlántica, Crassostrea virginica, aunque no se molestó en patentar su «invención». En su artículo de 1981 ya se planteaba la idea de crear ostras con un número par de juegos de cromosomas, como tetraploides (cuatro juegos), que luego podrían sinapsis y ser fértiles. Sin embargo, los criadores de ostras locales en Maine eran demasiado conservadores para adoptar esta nueva tecnología y los criaderos que existían eran pequeños y más experimentales que comerciales.

Así que Allen zarpó en 1983 en su lugar hacia el noroeste, para completar sus estudios de doctorado con un biólogo bien conocido en el campo, Kenneth Chew, en Seattle, donde la industria de la ostra estaba mucho más comercializada, y listo para trabajar en la ostra del Pacífico, Crassostrea gigas. Dado que esta última ostra generalmente no podía desovar de forma natural en las frías aguas del Pacífico, los criaderos bien establecidos ya habían comenzado a producir semillas de ostras diploides para que los cultivadores las cultivaran. Él y otra investigadora, Sandra Downing, aplicaron con éxito la técnica en 1985 a grandes lotes de ostras en una incubadora comercial, cuyos propietarios querían patentar el proceso. A su debido tiempo, la patente fue rechazada con el argumento de que una publicación anterior (en 1981) del proceso significaba que ya no era original. El resultado final de la solicitud en 1987, sin embargo, creó un precedente histórico, como un caso judicial histórico, ya que se admitió por primera vez que se podían conceder patentes a nuevas especies de animales, genéticamente alteradas o modificadas por la ciencia. De repente, la puerta al mundo de la biotecnología moderna se abrió de par en par con esta sentencia.

Aun así, las preocupaciones de salud sobre el carcinógeno, la citocalasina B, estaban creciendo, debido a sus vínculos con el cáncer y la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos) estaba debatiendo si prohibir su uso en criaderos comerciales. Los dos investigadores decidieron probar otro método para producir triploides sometiendo los huevos de ostra a presión hidrostática, y esta vez su solicitud de patente fue aceptada. Otro método que también se utilizó fue someter la fase de fijación de la meiosis a temperaturas extremas. Una alternativa a la citocalasina B ha sido el uso de un inhibidor enzimático, la 6-dimetilaminopurina (6-DMAP). Sin embargo, las desventajas de estas cuatro formas de triploidía inducida eran que resultaban en una alta mortalidad de las larvas de ostras en los criaderos debido a la severidad del tratamiento, que la tasa de éxito variaba y que algunas ostras triploides eran lo suficientemente inestables como para volver a convertirse en diploides a medida que crecían o eran capaces de desovar por sí mismas, y por lo tanto no eran completamente estériles. Hubo otras contradicciones que los triploides producidos anteriormente en la meiosis (la llamada meiosis I) crecieron más rápido, pero fueron susceptibles a muertes más altas que los triploides producidos más tarde durante la meiosis II. Pero el crecimiento más rápido también podría haberse debido al hecho de que las células triploides eran un 33% más grandes en volumen que las células diploides. Dado que todo el proceso estaba plagado de riesgos y problemas, se buscaron otras formas.

Diferencias en el crecimiento entre una ostra triploide y diploide después de 36 meses

La ayuda vino de otra fuente no nativa, un genetista chino, que emigró a Seattle en 1985 para realizar un trabajo de posgrado, Erving Guo, y quería ir un paso más allá y crear una ostra tetraploide (con cuatro juegos de cromosomas) que, si se criaba con un diploide natural, produciría un triploide «natural», evitando así el uso de cualquier sustancia química tóxica y cancerosa. El problema era que el óvulo diploide normalmente era demasiado pequeño para contener dos juegos adicionales de cromosomas y todos sus intentos terminaron en fracaso. Mientras tanto, Standish Allen se había trasladado de nuevo a la costa este y obtuvo su primer puesto académico a tiempo completo en la Universidad de Rutgers y su Laboratorio de Investigación de Mariscos Haskins en 1989. En pocos años, logró persuadir a Guo de que se uniera a él allí y los dos comenzaron a trabajar juntos en el problema específico de crear un triploide fértil con huevos lo suficientemente grandes, aunque desde el principio se suponía que las ostras triploides eran completamente estériles e incapaces de desarrollar gametos. Sin embargo, ocasionalmente se observó que tales triploides fértiles existían. Así que una vez que se identificaron estas ostras triploides y sus huevos grandes, Guo y Allen recurrieron a la citocalasina B para asegurarse de que los huevos triploides pudieran manipularse durante la meiosis I para acomodar otro conjunto de cromosomas de diploides masculinos y luego crecer en una escupida de ostras. Se encontró que era absolutamente necesario monitorear el tiempo de los indicadores biológicos en los eventos meióticos reales en los huevos hembra triploides individuales en lugar de seguir criterios más generales, si los tetraploides se criaban con éxito, debido a la mayor variabilidad y asincronía de los huevos triploides que en equivalentes diploides. Incluso entonces, la tasa de éxito promedio después de ocho días fue de aproximadamente el 12% (aunque otros han reportado cifras mucho más bajas), y la gran mayoría de los óvulos fertilizados eran aneuploides deformes. Otros parámetros críticos fueron los niveles de salinidad y temperatura y el tiempo que los huevos pasaron sumergidos en agua de mar. De acuerdo con un artículo escrito por estos dos científicos y dos colegas chinos, la principal causa de la formación de tetraploides fue un mecanismo durante una etapa crucial de la meiosis II, llamada segregación bipolar unida, cuando los cromosomas homólogos se segregan en diferentes células. Es un capricho irónico de la naturaleza que el suministro de ostras estériles dependa de que esas mismas ostras no sean estériles en absoluto.

Triploidía natural

La producción de cigotos triploides naturales utilizando machos tetraploides y hembras diploides

En 1993, Guo y Allen crearon en el laboratorio la nueva ostra tetraploide: esta era la segunda vez que Allen inventaba una ostra artificial, pero ahora no se iba a perder la creación de una patente para su trabajo. Cuando se pudiera garantizar regularmente el suministro de ostras tetraploides, se podrían utilizar, la mayoría de las veces las especies masculinas, a gran escala para reproducirse con diploides femeninos, a fin de producir crías triploides «naturales» que se utilizarían para el cultivo. Estos triploides» naturales » fueron después de solo 9 meses de crecimiento hasta un 50% más grandes que las ostras diploides normales, lo que satisfizo tanto a los científicos como a los cultivadores, e incluso un tercio más grandes que los triploides inducidos. Debido a la creciente dependencia de la industria de la ostra en las incubadoras para el suministro de semillas de ostras del Pacífico, Crassostrea gigas, ha habido una respuesta rápida tanto de los productores como de las incubadoras para desarrollar las técnicas de tri y tetraploidía, especialmente en la Costa Oeste de América del Norte. Ahora, la mayoría de las semillas de ostras suministradas por las incubadoras comerciales para el cultivo son triploides, producidos con los diversos métodos descritos, aunque los lotes producidos con métodos más antiguos a menudo pueden contener ostras diploides.

la Patente de Estados unidos

5,824,841

Guo et al.

octubre 20, 1998

Tetraploide mariscos

Abstract

Proporcionado por esta invención de la novela tetraploide moluscos, incluyendo ostras, vieiras, almejas, mejillones y abulón. También se proporciona un método para producir moluscos tetraploides y un método para producir moluscos triploides mediante el apareamiento de los nuevos moluscos tetraploides con moluscos diploides.

Inventores: Guo; Ximing (Glassboro, NJ), Allen, Jr.; Standish K. (Mauricetown, NJ)
Cesionario: Rutgers, La Universidad Estatal de Nueva Jersey (New Brunswick, NJ)
Appl. No.: 08/895,077
Archivado: Julio 16, 1997

En consecuencia, la patente (Patente de los Estados Unidos 5824841) se concedió en 1998 a Guo y Allen. A continuación, crearon una nueva empresa especial para la creación de moluscos tetraploides con Rutgers University, 4Cs Breeding Technologies, Inc, que suministra sus ostras tetraploides patentadas a criaderos autorizados que desean criar triploides 100% garantizados para el cultivo.

Así que ahora esta es la forma más común de producir semillas triploides de ostras en criaderos para el cultivo de ostras, y esta dependencia de la tecnología tetraploide ha ido creciendo cada año, especialmente en América del Norte. Allen ha continuado trabajando en la producción de cepas de tetraploides resistentes a enfermedades y es fácil ver cómo la investigación llevada a cabo por él y otros, por ejemplo, ahora en el Centro de Genética y Tecnología de Cría de Acuicultura dentro del Instituto de Ciencias Marinas de Virginia, sobre la manipulación de conjuntos de cromosomas, finalmente conducirá, si no ya, a la selección genética, al desarrollo de cepas específicas de ostras triploides que no solo crecen más rápido y más grandes, sino que también tendrán características particulares de caparazón y serán capaces de resistir virus, parásitos y contaminantes y, sin duda, incluso curso – al área de transgénicos y modificación genética donde se introduce material de ADN de otra especie. Además, existen preocupaciones sobre los riesgos a largo plazo a lo largo de generaciones del uso de una micotoxina, como la citocalasina B, en la creación de tetraploides de primera generación, ya que se sabe muy poco sobre tales efectos.

Las ostras siempre se han considerado, como muchos otros mariscos, como uno de los últimos productos naturales y a menudo se han comercializado como tales. Si pierden gradualmente no solo este estatus y también su reputación, puede haber consecuencias para su consumo. Afortunadamente, todavía se cultivan reservas de ostras silvestres e incluso semillas de estas reservas, que se venden a otros cultivadores y, con suerte, esto continuará y se conservará.

Francia es otro país que ha incorporado los beneficios del cultivo de triploides, conocidos allí como l’huître des quatre saisons, la ostra de las cuatro estaciones. Desde 1997, cuando IFREMER, un instituto estatal de investigación para la explotación marina, compró ostras tetraploides para reproducirse, muchos cultivadores han estado entusiasmados con la compra de semillas de ostras de sus criaderos, que se comercializaron en el año 2000. Sin embargo, todavía surgen controversias éticas sobre su lugar y sus efectos en la diversidad biológica de los ecosistemas marinos y también entre los consumidores que se muestran escépticos con respecto al producto.

Sin embargo, por otro lado, la ciencia y el hombre están haciendo todo lo que pueden para eclipsar a la naturaleza, pero la naturaleza tendrá la última palabra o risa y el hombre siempre estará jugando un juego desesperado de recuperación en el que las reglas se alteran subrepticiamente y que probablemente nos llevará a un cataclismo irreversible. Ya se estima que el 85% de todos los arrecifes de ostras nativos se han extinguido a nivel mundial, y en muchas áreas la pérdida es de más del 99%. Pero no son solo los arrecifes los que han desaparecido, sino probablemente, lo que es más importante, ecosistemas marinos enteros los que básicamente proporcionan las ostras: servicios tales como filtración de agua, alimento y hábitat para otras especies y estabilización y defensa costera. Para lograr la sostenibilidad de la pesca de ostras, es necesario hacer cumplir estrictamente la conservación y ordenación de los arrecifes, incluido el establecimiento de zonas protegidas y la prohibición de prácticas destructivas de recolección. Es absolutamente necesario un esfuerzo concertado y conjunto de diversas partes interesadas, como pescadores, empresas de acuicultura, organismos públicos, grupos ambientales y de conservación y otras ONG, para lograr la reconstrucción a largo plazo de los arrecifes de ostras y las cosechas sostenibles, en lugar de los objetivos miopes de la pesca de suelta y captura que a menudo ha ocurrido. Pero todo esto va en contra de los caminos y cambios de una vida de autonomía que han marcado a los pescadores, los hombres de agua y las comunidades marinas durante siglos; ahora también han tenido que resistirse a ser abrumados por la urbanización, el aburguesamiento y la industrialización. Y han visto la fuente de su sustento invadida y tomada por conglomerados y con sus espaldas contra la pared se han convertido en todos los posesivos de su territorio marino, posiblemente como una última medida desesperada para salvaguardar sus menguantes riquezas. En cierto modo, ¿quién puede culparlos? Más bien, ha sido la inevitable propagación de la vida urbanizada en todos sus avatares lo que ha matado a los lechos de ostras, la frenética demanda y el consumo excesivo, las enfermedades, la contaminación y la acidificación, en un par de palabras, la civilización moderna. Así que ahora depende de los portadores más ejemplares de estos últimos, los científicos, encontrar soluciones de laboratorio que reparen y restauren los bancos de ostras agotados que una vez llenaron nuestras aguas costeras.

Villeneuve, A. M. & K. J. Hillers: ¿De dónde viene la Meiosis? Celular, 106 (2001), 647-650.

Stanley, J. G., S. K. Allen and H. Hidu: Polyploidy induced in the American Oyster, Crassostrea Virginica, with Cytochalasin B. Aquaculture, 23 (1981), 1-10.

Que, H. et al: Chromosome segregation in fertilised eggs from triploid Pacific oysters. Crassostrea gigas (Thunberg), tras inhibición del cuerpo polar 1. Biological Bulletin, 193 (1997), págs. 14 a 19.

Beck, M. W. et al: _ Arrecifes de Oyster en riesgo y recomendaciones para su conservación, restauración y manejo. Bioscience, 61 (2011), págs. 107 a 116.

Los diagramas triploides fueron tomados del sitio web de 4Cs Breeding Technologies, Inc. http://www.4cshellfish.com
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