Para potenciar la sostenibilidad de la acuicultura, aún quedan por satisfacer muchas necesidades pendientes. Entre los desafíos que amenazan la sostenibilidad de la acuicultura, la lucha contra las enfermedades y las epizootias ha ganado la principal preocupación, ya que provocan pérdidas económicas masivas entre los acuicultores.

La prioridad para la industria de la acuicultura debería ser el desarrollo de kits de diagnóstico en la granja que actualmente se encuentran en etapas de desarrollo en los regímenes de gestión de la salud animal. El uso de anticuerpos sintéticos es un enfoque innovador que tiene varias aplicaciones en la detección de microalgas tóxicas, virus, bacterias, biotoxinas y bifenilos policlorados (PCB).

Se trata de cadenas cortas de oligonucleótidos programadas para unir moléculas de proteína con alta afinidad por dianas moleculares específicas en la constante de equilibrio en el rango de un picomolar a un nanomolar similar a los anticuerpos monoclonales. Este artículo ilustra la importancia y el alcance potencial del uso de aptámeros, que se conocen como anticuerpos sintéticos en la salud de los peces.

Una nueva clase de oligonucleótidos

Los aptámeros, que como se indicó anteriormente también se conocen como anticuerpos sintéticos, son una nueva clase de oligonucleótidos que se utilizan actualmente con fines terapéuticos y de diagnóstico. Son moléculas estables de ácido ribonucleico (ARN) o ácido desoxirribonucleico (ADN) monocatenario de 15 a 60 bases de longitud con alta afinidad y especificidad en la identificación de las moléculas objetivo

Estos ácidos nucleico y ligandos se unen a ácidos nucleicos, proteínas, pequeños compuestos orgánicos e incluso organismos completos. El mantra actual que gira en torno al diagnóstico es "Olvídese de los anticuerpos, use aptámeros". Sin embargo, a diferencia del anticuerpo tradicional, los aptámeros tienen especificidades impresionantes contra los antígenos diana, eliminando así la reactividad cruzada con objetivos estrechamente relacionados y evitando resultados falsos positivos.

Una vez que se conoce la secuencia del aptámero (ácido nucleico), el aptámero se puede sintetizar fácilmente usando un sintetizador de ADN. Estos oligos de aptámeros son fáciles de etiquetar con indicadores, enzimas o etiquetas fluorescentes.

Además, los aptámeros se pueden diseñar en conmutadores moleculares o aptaconmutadores para la generación de señales en un ensayo basado en el descubrimiento de fármacos, o para producir un resultado en una prueba de diagnóstico. Tienen muchos usos potenciales en estudios de procesos intracelulares como la medicina y la tecnología y, a menudo, se identifican mediante una técnica llamada SELEX (Ligandos de evolución sistemática por enriquecimiento exponencial).

 

 

Mediante esta técnica, los aptámeros que tienen alta afinidad y especificidad por las dianas pueden aislarse del conjunto de secuencias después de varias rondas de selección. Tienen afinidades similares a las de los anticuerpos por las moléculas diana y proporcionan varias ventajas, que incluyen una mayor estabilidad, producción a gran escala y baja inmunogenecidad.

Estructura y selección de aptámeros

Los aptámeros de ADN tienen una longitud de 15 a 60 bases de oligonucleótidos. La interacción del aptámero se basa en los patrones de plegado tridimensionales. La compleja estructura tridimensional del oligonucleótido monocatenario se debe a la hibridación intramolecular, que provoca el plegado en una forma particular debido a esta compleja forma tridimensional.

Los aptámeros tienen una alta afinidad y especificidad hacia las moléculas diana. El proceso de selección de aptámeros es la selección in vitro. Teóricamente, es posible seleccionar aptámeros contra cualquier objetivo molecular. Han sido seleccionados por moléculas pequeñas, péptidos, proteínas, así como virus y bacterias. Los aptámeros se seleccionan incubando la molécula diana en un gran conjunto de oligonucleótidos; el tamaño del conjunto del oligonucleótido es de 1010 a 1020. El gran tamaño del conjunto del oligonucleótido asegura la selección y el aislamiento del aptámero específico.

La complejidad estructural e informativa del conjunto de oligonucleótidos y su actividad funcional es un área activa y emocionante para desarrollar un desarrollo basado en algoritmos de ligandos de ácido nucleico.

Se pueden distinguir entre miembros estrechamente relacionados pero no idénticos de una familia de proteínas o entre diferentes estados funcionales o conformacionales de la misma proteína. Con este proceso, es posible desarrollar nuevos aptámeros en tan solo dos semanas. Se han propuesto diferentes métodos de selección de aptámeros que son los siguientes.

• Filtración de membrana de nitrocelulosa: A base de SELEX 
• Cromatografía de afinidad y SELEX basado en perlas magnéticas
• SELEX basado en electroforesis capilar
• SELEX a base de microfluidos
• Celda- SELEX

Ventajas y desventajas de los aptámeros

Poseen varias ventajas clave sobre sus contrapartes proteicas. La producción de aptámeros es más cómoda y económica y se elaboran mediante síntesis química, un proceso que es altamente reproducible y que se puede escalar fácilmente su producción y no depende de cultivos de células bacterianas o animales.

En comparación con los anticuerpos, la toxicidad y la baja inmunogenicidad de antígenos particulares no interfieren con la selección de aptámeros. Son capaces de mayor especificidad y afinidad que los anticuerpos y se pueden modificar químicamente fácilmente para producir propiedades mejoradas y personalizadas. Pueden unirse específicamente a moléculas pequeñas o estructuras multiméricas complejas.

El tamaño de los aptámeros es típicamente una quinta parte del tamaño del anticuerpo IgG. El pequeño tamaño de los aptámeros conduce a un gran número de moles de la unida objetivo por gramo, y pueden tener propiedades de transporte mejoradas que permitan la focalización específica de células y una mejor penetración en los tejidos.

Son mucho más estables a temperatura ambiente que los anticuerpos, lo que produce una vida útil mucho mayor y pueden tolerar el transporte sin ningún requisito especial de enfriamiento, lo que elimina la necesidad de una cadena de frío continua para inactivar proteínas sin alterar el material genético.

Los beneficios adicionales de los aptámeros incluyen: el costo y el tiempo de fabricación son menores en comparación con los de la producción de anticuerpos monoclonales. La principal desventaja es que tienen niveles más bajos de afinidades que los anticuerpos y su identificación es costosa y requiere mucha mano de obra. Los aptámeros obtuvieron varias aplicaciones en los siguientes campos:

• Desarrollo de nuevos fármacos
• Bioimagen
• Como herramienta terapéutica
•Descubrimiento de medicamento
• Diagnóstico de enfermedades
• Detección de peligros
• Inspección de alimentos
• Desempeñar un papel importante en la bioseguridad de la acuicultura

En la acuicultura, los aptámeros desempeñan un papel importante en la bioseguridad, como biosensores para la detección de varios metabolitos, que se utiliza además para el diagnóstico de enfermedades y para el tratamiento. En 2012, se descubrió que los aptámeros de ARN se unían con éxito al objetivo del virus de la septicemia hemorrágica viral (VHSV) y previenen la infección en el flounder japonés.

Además, otra investigación sobre el cribado, la detección y la evaluación del patógeno transmitido por los alimentos Salmonella enterica serovar typhimurium ha mostrado resultados prometedores. En 2017, la infección causada por el reovirus de la carpa herbívora (GCRV) se inactivó mediante el desarrollo de aptámeros contra las proteínas S10, lo que parece ser el enfoque novedoso para desarrollar una solución anti-GCRV. En la actualidad, esta tecnología ha dado un salto en la investigación de inmunofenotipificación mediante la producción de aptámeros anticolumnaris (EC). Se han registrado varios informes sobre aplicaciones de aptámeros en el cribado y evaluación de vibrios, lo que es más importante en el cultivo de camarones.

Es necesario realizar más investigaciones sobre aptámeros para cubrir las lagunas en la vigilancia de enfermedades de los peces. Dado que el hospedador desarrollará las respuestas inmunitarias a medida que los animales se conviertan en adultos, la atención debe centrarse en la protección contra las infecciones virales en la etapa de postlarvas (PL) y alevines, que a menudo resulta en una alta mortalidad de alrededor del 90-100 por ciento .

Es más obvio que los kits de diagnóstico en la granja deben realizarse con la ayuda de estos anticuerpos sintéticos para brindar protección contra diversas enfermedades virales durante la PL o etapa de alevín en el caso de los camarones, ya que contribuyen más a la exportación de los animales acuáticos. Con el fin de mejorar la inmunidad y la resistencia contra patógenos, se ha introducido un nuevo concepto de desarrollo de riboswitches para mejorar el rendimiento de crecimiento de las especies de animales acuáticos cultivadas mediante la manipulación de la regulación del crecimiento.

Esto reducirá aún más los costos de cría y mantenimiento de la industria de la acuicultura. Por lo tanto, se recomienda una investigación exhaustiva del enfoque de los riboswitches sintéticos en animales acuáticos.

Las aplicaciones acuícolas están en pañales

Se sabe que los aptámeros tienen muchas propiedades intelectuales asociadas y se encuentra que operan en una amplia variedad de matrices, incluidos los fluidos biológicos. Si utilizamos las condiciones de selección correctas y las formulaciones adecuadas de fármacos para desarrollar potentes fármacos oligonucleotídicos, se pueden utilizar para tratar muchas enfermedades diferentes.

Ya tenemos un aptámero que está aprobado para enfermedades oculares, lo que significa que también podemos usarlo para desarrollar medicamentos para enfermedades cardiovasculares, cáncer, enfermedades neurológicas, antivirales e inmunoterapia.

En salud animal, además del diagnóstico y cribado de la partícula infecciosa, el potencial de esta nueva tecnología como herramienta de investigación, moduladores de expresión génica, biosensores / biochips, mimetismo molecular y aplicaciones de riboswitches en acuicultura se encuentran principalmente en su infancia. Así se prevé el desarrollo y aplicación de esta tecnología en la acuicultura para los próximos años.

Autores: Abisha Juliet Mary S J, profesora adjunta, Departamento de Patología y Gestión Sanitaria de los Peces, TNJFU, Thalainayeru. & M Dhayanath PhD Scholar, Departamento de Sanidad de los Animales Acuáticos, ICAR-CIFE, Mumbai, India

Fuente: International Aquafeed

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