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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
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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
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Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
¿QUÉ ES EL BIENESTAR ANIMAL?
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http://www.deepseanews.com/2013/12/the-tiny-swimming-pigs-of-pig-beach/
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
¿CAMBIO DE PERCEPCIÓN?
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Patricia Castillo-Briceño, 2016
¿QUÉ ES BIENESTAR ANIMAL?
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
valores sociales
empatía
perspectiva
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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.
6
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¿QUÉ ES BIENESTAR ANIMAL?
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
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]
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BIENESTAR EN ANIMALES ACUÁTICOS
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BIENESTAR ANIMAL SEGÚN LA OIE
(Organización Mundial de Sanidad Animal, http://www.oie.int/es/)
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
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’
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Patricia Castillo-Briceño, 2016
¿QUÉ ES BIENESTAR ANIMAL?
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
valores sociales
empatía
perspectiva
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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
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3Rs de la Investigación en Animales Acuáticos (…y no acuáticos)
REEMPLAZAR REDUCIR REFINAR
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SALUD MENTAL en Animales Acuáticos Estudios de Comportamiento
• Uso de herramientas
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
(Jones et al. 2011)
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Salud Mental en Animales Acuáticos Comportamiento
• Uso de herramientas
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
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Salud Mental en Animales Acuáticos Comportamiento
• Cooperación Interespecífica
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
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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)
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
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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.
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Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
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CONSIDERACIONES RESPECTO AL BIENESTAR EN ANIMALES ACUÁTICOS*
Biomedicina Aplicada a la Medición del 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)
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CONSIDERACIONES RESPECTO AL BIENESTAR EN ANIMALES ACUÁTICOS*
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
National Zoo South Africa Puffer Fish Enrichment
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CONSIDERACIONES RESPECTO AL BIENESTAR EN ANIMALES ACUÁTICOS*
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
• 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.
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Salud Física en Animales Acuáticos Uso de herramientas en Biomedicina (fisiología, bio/morfométricas, marcadores moleculares, respuesta funcional)
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
Castillo-Briceno & Kodjabachian, 2014
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tuba1a-b :atp6v1a:
Itln1
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
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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.
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El entorno de la matriz extracellular y sus moléculas asociadas.
Integrinas con
dominio-I
Membrana
plasmática
α β
Proteínas del
citoesqueleto
Colágenos
fibrilares
MMPs
TIMPs
fibronectina laminina hialuronato
Patricia Castillo-Briceño, 2016
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
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Cultivo de doradas (Sparus aurata) en jaulas flotantes. Foto cortesía del Laboratorio de Ecología Acuática, Universidad de Murcia.
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
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Patricia Castillo-Briceño, 2016
Síntesis de novo de moléculas de la MEC en procesos inflamatorios por disrupción endocrina. (Castillo-Briceño et al. 2010)
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Coordinación de moléculas de la MEC y de la respuesta immune en reparación de heridas. (músculo de trucha, Oncorhynchus mykiss. Schmidt et al. 2016)
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INHIBIDOR V
de
MMP2/MMP9
COLAGENASA
Activación de leucocitos mediada por COL1 y MMPs en un teleósteo (Castillo-Briceño et al. 2009)
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Sistema immune, la MEC y los mecanismos de reparación de tejidos en teleósteos. (Schmidt et al. 2016)
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Exploración de nuevos métodos de diagnóstico vía alternativas no invasivas: Cultivos de líneas celulares e.g. fibroblastos de dorada (Sparus aurata) SAF-1
Patricia Castillo-Briceño, 2016
Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
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Modelado In silico / Bioinformática Unión ITGB1a–GFOGER vía el dominio tipo-I
(Secuencia ITGB1a de Sparus aurata)
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Dinámica de adhesion y activación inmunitaria en fibroblastos de peces.
(Castillo-Briceño et al. 2011)
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Colágenos fibrilares (COLf)
Secuencias activas GXX’GEX”
Receptores ITGs con dominio-I
COLf fragmentados o desnaturalizados
IL1B
COX2 PAMPs
CCL4 Otros Receptores
Adhesión cellular Liberación de ROS
Activación de fagocitos
Inflammación
COX2
CCL4
COL1
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
MMP2
MMP9
MMP13
TIMP2a
TIMP2b
ITGB1
Patricia Castillo-Briceño, 2016
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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
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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)
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Obtención de herramientas de diagnóstico de salud física, competencia y adaptación ante condiciones ambientales cambiantes. E.g. Acidificación Oceánica
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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
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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.
CO2
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Biomedicina Aplicada a la Medición del Bienestar en Animales Acuáticos
Comportamiento Eje Proactivo - Reactivo
Integración de parámetros en Comportamiento - Biomedicina para determinar indicadores de Bienestar Animal frente a Condiciones Ambientales Cambiantes (pH, Temperatura, fotoperíodo)
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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.
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AGRADECIMIENT
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