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INSTITUTO SUPERIOR PARTICULAR AUTORIZADO Nº 4067 D’IBARRE
Efecto del gen halotano sobre la calidad de carne
porcina
Klug, Estefanía
2013
Tutora: Ing. Agr. MSc. Patricia Silva
Fecha de exposición: Jueves 29 de Agosto, 2013
Efecto del gen halotano sobre la calidad de carne porcina
Año 2013
Klug, Estefanía
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Índice
Introducción______________________________________2
Calidad de la carne y de la canal porcina _______________3
Síndrome de estrés porcino __________________________4,5
Efecto de la genética sobre la calidad
de la canal y de la carne ____________________________5,6
Origen___________________________________________6
Gen halotano _____________________________________7,8
¿Por qué el gen afecta la calidad? _____________________8,9,10
Manifestaciones clínicas del gen ______________________11,12
Diagnostico_______________________________________13,14
Precauciones para disminuir los
efectos sobre la calidad _____________________________15
Conclusión_______________________________________16
Bibliografía_______________________________________17,18
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Año 2013
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Introducción
Actualmente el mercado de la carne de cerdo está demandando un
producto exigido por el consumidor que reúna una serie de características
o combinación de factores, como son: comestible, nutritivo y saludable. El
cerdo se encuentra hoy entre los animales más eficientemente
productores carne; sus características particulares, como gran precocidad
y prolificidad, corto ciclo reproductivo y gran capacidad transformadora de
nutrientes, lo hacen especialmente atractivo como fuente de alimentación.
Desafortunadamente, durante muchos años la carne de cerdo ha sido
considerada como un alimento pesado, una carne grasosa, con un
contenido muy alto de calorías y aun un alimento peligroso por su posible
asociación con enfermedades y parásitos. Por ello, el afán del porcicultor
y de la industria cárnica ha sido la de obtener un producto que minimice
los riesgos para el consumidor.
En la actualidad, la optimización en la producción porcina y la selección
de carne de cerdo de calidad, deben ir acompañadas de la aplicación de
la biotecnología del acido desoxirribonucleico (ADN). La biotecnología del
ADN presenta grandes ventajas e innumerables aplicaciones, como son:
el chequeo de parentesco, trazabilidad, tipificación de genes de interés en
producción o marcadores asociados a caracteres cuantitativos de
producción y detección de enfermedades hereditarias. 3,5
Dentro de las enfermedades hereditarias encontramos el síndrome de
estrés porcino, causado por una mutación en el gen receptor de la
ryanodina (Ryr1). En el siguiente trabajo se verán los efectos que causa
dicha mutación sobre la calidad de carne porcina.
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Calidad de la carne y de la canal porcina
Puede entenderse como calidad de un producto a la capacidad del mismo
de satisfacer los requerimientos o expectativas del consumidor o usuario
del producto.
En el caso de la carne porcina se pueden considerar distintas acepciones
de calidad ya que posee diferentes usuarios. Para un nutricionista, está
referida a su sanidad y capacidad para producir un alimento inocuo, sano
y saludable; para un productor, tiene relación con el rendimiento en peso
del animal y su capacidad de transformación del alimento en carne; para
el transformador, la calidad está referida al rendimiento en cortes
preciados y su capacidad de transformación. 1
La canal de cerdo es el cuerpo entero del animal sacrificado tal y como se
presenta después de las operaciones de sangrado, eviscerado y
desollado, entero o por la mitad, sin lengua, cerdas, pezuñas, órganos
genitales, manteca, riñones ni diafragma.
La calidad de la canal de carne porcina está determinada por varios
factores tales como la raza, la alimentación, grado de engorde, edad, etc.;
éstos se podrían considerar de índole externa y otros de índole interna o
inherente a la canal en sí, como la conformación, consistencia, olor,
sabor, color y valor nutritivo. 2
Ante las mayores exigencias expresadas por el mercado, actualmente la
producción de carne de cerdo debe abarcar todos los puntos que
constituyen la cadena de la carne, es decir, desde la producción en la
granja (con todos sus aspectos: sanidad, bioseguridad, manejo, genética,
alimentación, etc.) hasta el consumo; pasando por el transporte,
procesamiento y conservación.
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Síndrome de estrés porcino
En los últimos 35 años, el sector productor de cerdos, a nivel mundial, se
ha esforzado en seleccionar cerdos magros. Sin embargo, a partir de la
década de los sesenta, se observó que los resultados de selección iban
unidos a una alta mortalidad por estrés. Se detectó que la selección de
reproductores con mejores características magras y mayor desarrollo
muscular implicaba animales enfermos o portadores de la enfermedad
PSS (Síndrome Estrés Porcino), trasmitiendo a la descendencia el
carácter. 3
El Síndrome Estrés Porcino o Hipertermia Maligna (MH) es una
enfermedad hereditaria monogénica recesiva que se caracteriza por un
desorden neuromuscular, con un locus autosomal único, denominado
inicialmente gen halotano (HAL) y actualmente llamado gen receptor de la
ryanodina "Ryr1". El PSS se caracteriza por producir muerte súbita en los
cerdos homocigotos recesivos, así como la aparición de canales con
carne pálida, blanda y exudativa (PSE) o carne oscura, dura y seca
(DFD), con menor frecuencia, en cerdos homocigotos dominantes y
heterocigotos. La mayoría de los estudios entre cerdos estrés positivo y
cerdos estrés negativo mostraron diferencias en pH, color, terneza y
capacidad de retención de agua en la carne. Esta variación estaba
directamente relacionada con la incidencia de carne pálida, blanda y
exudativa en los dos genotipos. Esto representa graves pérdidas
económicas para la industria porcina, ya que estas carnes no tienen
mercado y son decomisadas. 4
Antiguamente, el diagnóstico de esta enfermedad se realizaba con la
prueba del halotano. Los avances en el campo de la genética molecular
han puesto claramente en evidencia el descubrimiento de la equivalencia
entre el PSS y la mutación del gen Ryr1 en el nucleótido 1843. Por medio
de la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), hoy se diagnostican a
los cerdos de tres maneras:
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Individuos normales: sanos no portadores, homocigotos
dominantes (NN).
Individuos portadores: sanos, portadores del alelo mutado T a la
descendencia, transmisores del alelo mutado, heterocigotos (Nn).
Individuos enfermos: trasmisores del alelo mutado, homocigotos
recesivos (nn)
La estrategia de selección de las empresas genéticas parece ser la
eliminación del gen Ryr1 con la mutación 1843 en las líneas materna y
paterna. 5,6,3,7
Efecto de la genética sobre la calidad de la canal y de la carne
Hasta no hace mucho tiempo, el objetivo principal de la mejora genética
en porcino se centraba en mejorar parámetros productivos como la
ganancia media diaria de peso, conversión alimenticia, conformación y
rendimiento de la canal, porcentaje de magro y cortes nobles. Hoy en día
se ha comprobado que muchos de estos caracteres que se utilizaban
para la mejora genética están correlacionados negativamente con
parámetros organolépticos de la carne.
La carne en promedio, presenta un color que fluctúa entre un rojo y
rosado, consistencia y humedad normales. Está caracterizada por un
valor de pH final de 5,5. En este tipo de carne la rigidez cadavérica se
inicia a una temperatura cerca de 20 °C y bajo estas condiciones ocurren
ciertas modificaciones en el musculo.
El efecto más conocido que la genética ejerce sobre la calidad de carne
son las carnes PSE (carnes pálidas, suaves o blandas y exudativas). Se
ha relacionado algunas genéticas de mayor conformación con una mayor
susceptibilidad al estrés. Cuando se genera esta respuesta al estrés,
existe un elevado aumento del metabolismo, con gran producción de calor
y lactato, activándose las contracciones de la musculatura esquelética.
Todo esto va a producir una elevación de la temperatura muscular tanto
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ante-mortem como post mortem, facilitando también un rápido descenso
del pH post-mortem. El resultado de estos cambios será la aparición de
carnes PSE. Esta sensibilidad al estrés parece estar definida por la
presencia de un gen (gen halotano) presente en algunas razas de
porcino.
Los cerdos halotano positivos en relación a los cerdos halotano negativos,
incluyendo el homocigoto dominante, y heterocigoto, se diferencian por
tener:
Menor crecimiento y apetito.
Canales más cortas, mejor conformadas, y con mayor rendimiento.
Menor espesor de grasa dorsal y mayor porcentaje de magro.
Mayor área y profundidad del músculo LD (Longissimus dorsi).
Elevada incidencia de carne PSE.
Reducción del tamaño de camada. 9
Origen
La evidencia de la manifestación del PSS y la mutación del gen Ryr1 se
pudieron rastrear en los comienzos del siglo 20 en Alemania. El síndrome
se asoció con cruzamientos consanguíneos, estrés de manejo y
transporte de animales.
La mutación se difundió originalmente por medio de la raza Pietrain. En
los años subsiguientes, la mutación se propagó en pocas décadas y se
trasmitió a las otras razas del cerdo usadas para la producción intensiva.10
Cerdo de raza Pietrain
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Gen halotano
El gen halotano, actualmente conocido como gen Ryr1, es controlado por
un locus autosomal único que se encuentra en el cromosoma 6 del cerdo.
El gen Ryr1 está constituido por 15.105 nucleótidos y tiene dos
expresiones o alelos: el alelo normal es dominante sobre el alelo mutado.
Ambos alelos exhiben penetrancia incompleta. Este gen codifica una
proteína denominada receptor de la ryanodina o canal liberador de calcio
del retículo sarcoplásmico
del músculo esquelético
estriado (CRC). Fujii y col.
(1991) detectaron el punto
de mutación en el gen Ryr1
la cual consiste en la
sustitución de una timina
por una citosina en la posición 1843 de la secuencia de ADN
complementario del gen Ryr1, que lleva a la sustitución de una arginina
por cisteína en la posición 615 del CRC del animal sensible. 11,6
El control genético de la enfermedad implica que la expresión del alelo
recesivo, en el individuo, ha de tener la condición homocigótica recesiva,
de forma que en condición heterocigótica, el individuo es normal,
permaneciendo el alelo mutado oculto, pudiendo trasmitirse a las
siguientes generaciones.
El canal liberador de calcio (CRC) es codificado por tres genes
denominados Ryr1, Ryr2 y Ryr3, con expresión de tejido específico.
Solamente el gen Ryr1 se expresa en el músculo esquelético y también
en el cerebro, particularmente en las células de Purkinje. El gen Ryr2 se
expresa en el corazón, endotelio y mayormente en el cerebro. El gen Ryr3
se manifiesta en el músculo liso, epitelios, y cerebro.10
El cruzamiento entre cerdas madres normales (NN) y padrillos portadores
(Nn) producirán 50% de cerdos normales para mercado (NN) y 50%
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portadores (Nn). Si las cerdas son (Nn) o (nn) se producirán algunos
cerdos recesivos (nn), estos cerdos son más susceptibles a muertes
súbitas, al Síndrome de Stress Porcino (PSS) y más del 90% producirán
canales PSE.
La Universidad de Toronto en 1990 desarrolló la prueba de DNA, la cual
puede identificar cada uno de los animales que son normales, portadores
o recesivos; La prueba está registrada comercialmente como "HAL -
1843"y se interpreta de la siguiente manera:
HAL-1843-nm: Cerdo no mutante u homocigótico negativo (libre del
gen)
HAL-1843-mm: Cerdo monomutante u heterocigótico portador (gen
presente en uno de los cromosomas)
HAL-1843-dm: Cerdo dimutante u homocigótico positivo (gen
presente en los dos cromosomas del sitio 1843 del DNA).
Cerdo con muerte súbita (Foto tomada en frigorífico. Atención. Ing. Patricia Silva)
¿Por qué el gen afecta la calidad?
El músculo esquelético es el tejido cuantitativamente más importante del
organismo, representando el 60 % del peso de la canal para un cerdo de
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105 kg de peso vivo; está
constituido mayoritariamente
por agua (73%), proteínas
(20%), lípidos (1-6%) y
glúcidos (1-2%). Asimismo, las
fibras musculares constituyen
del 75 al 90 % del volumen
muscular y el resto está
integrado por tejido adiposo, conjuntivo, vascular y nervioso. Las fibras
musculares en el cerdo se clasifican en: tipo I (lentas, oxidativas y rojas);
tipo II A (rápidas, intermedias y rojas) y tipo II B (rápidas, glicolíticas y
blancas). Los músculos del cerdo contienen los tres tipos de fibras, pero
en proporciones variables, según la unidad motora. Así, en el músculo
Longissimus dorsi (LD) del cerdo, el contenido relativo de las fibras I: IIA:
IIB (8: 8: 84), en comparación al de la vaca (50: 40: 10), predispone a la
carne de cerdo a una mayor incidencia de PSE y DFD. Asimismo, la
tendencia hacia animales con crecimiento rápido, con menos grasa y
masas musculares desarrolladas favorece la mayor incidencia de las
fibras blancas en perjuicio de las rojas. De esta forma, en los músculos
LD, bíceps femoral, semimembranoso, semitendinoso, y glúteo se
observa una disminución del color rojo, acompañado frecuentemente por
un nivel más alto de humedad superficial, aunque sin llegar a fenómenos
de verdadera exudación.12
La presencia en el individuo de la condición homocigótica en el gen Ryr1
(nn) provoca una alteración en la liberación de calcio en el retículo
sarcoplásmico del músculo esquelético estriado. El retículo sarcoplásmico
es el principal regulador de la concentración de calcio en el músculo
esquelético. A través del CRC, el calcio sale al citoplasma de la célula
muscular uniéndose a los finos filamentos de troponina e iniciando así la
contracción del músculo. La Troponina es el complejo proteínico regulador
de la función contráctil del músculo estriado. Consta de tres componentes
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polipeptídicos distintos: troponina C, que fija el Calcio (Ca), troponina T,
que liga el complejo troponina a la tropomiosina y troponina I, que es la
subunidad inhibidora del complejo troponina-tropomiosina. Este complejo
sirve para regular la interacción calcio-dependiente de actina y miosina,
por eso juega un papel integral en la contracción muscular.
El calcio se une a una fosforil quinasa que activa las vías glucolíticas
(glucógeno - glucosa) y de síntesis de ATP necesarias para la contracción
muscular. Por medio de la bomba de calcio ATPasa, el calcio ingresa en
el retículo sarcoplásmico iniciándose la relajación. Ambos mecanismos
mantienen el balance energético del miocito, célula que posee capacidad
contráctil acortando su propia longitud cuando son sometidas a un
estímulo físico, químico, eléctrico o mecánico. En un CRC anormal se
produce la liberación de calcio en forma continua, existiendo un aumento
de la concentración en el calcio citoplasmático del miocito. El metabolismo
aeróbico, la glucogenólisis y la glucólisis se incrementan, agotando el
ATP, la glucosa y el oxígeno, produciéndose un exceso de dióxido de
carbono, ácido láctico, potasio y calor en la sangre, esta temperatura
aumenta ya que la capacidad del animal de perder calor mediante sudor
es prácticamente nula, esto hace que sea particularmente sensible a las
temperaturas elevadas, especialmente cuando otros mecanismos de
pérdida de calor, como la vasodilatación, se ven comprometidos a
consecuencia de la respuesta al estrés. Además presentan un desorden
en el balance de iones intra y extracelular, llevando asimismo a un
acúmulo de agua en la célula. La asociación marcada entre respuesta a
estrés fisiológico, con hipercatecolemia, produce paro cardíaco. El estado
de contracción permanente de la célula muscular provoca hipertrofia
muscular, con el consiguiente aumento del desarrollo muscular de la
canal.13,10,3
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Manifestaciones clínicas del gen
Fotos tomadas en Frigorífico (Atención: Ing. Patricia Silva)
Muerte durante el transporte (PSS): ocurre normalmente cuando hay alta
densidad de cerdos en los camiones de transporte a frigorífico y durante
veranos cálidos. Los cerdos vivos afectados, muestran inicialmente
temblor rápido de la cola, rigidez general, incremento en la rigidez
muscular, y disnea hasta el punto de respirar por la boca. La temperatura
corporal se eleva notablemente hasta 45 °C, piel con palidez y eritema. El
tiempo total de duración del síndrome es por lo general de 4 a 6 minutos,
el cerdo sufre colapso y muere. El porcentaje de bajas durante el
transporte puede oscilar entre el 0.1 y 1% dependiendo de la sensibilidad
al estrés y de las condiciones de transporte.14,10,15
Hipertermia Maligna (HM): puede ser inducida en animales susceptibles
por anestésicos como el halotano. Se caracteriza por incremento del
metabolismo del músculo durante la anestesia con rigidez muscular,
acidosis láctica, incremento del consumo de oxígeno, producción de
dióxido de carbono, hipertermia grave, taquicardia, taquiarritmia y muerte.
Una vez desarrollado el síndrome es irreversible.14,6,10
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Carne pálida, blanda y exudativa (PSE): en los cerdos susceptibles a
estrés, con frecuencia, la carne es de calidad inferior después del
sacrificio, ya que se observa a la inspección, pálida, blanda y exudativa.
Esto se relaciona con glucogenólisis y glucólisis excesiva después de la
muerte, producción de ácido láctico y caída rápida del pH del músculo,
alcanzando valores inferiores a pH 6, antes de la primera hora después
del sacrificio, con despigmentación y merma en el agua de fijación. En el
músculo afectado, rápidamente se produce rigidez cadavérica luego del
sacrificio, pero a continuación disminuye, de modo que en la carne de la
canal, se observa excesiva exudación. La carne afectada tiene pH menor
a 6 y generalmente temperatura de 41°C o mayor, 45 minutos después
del sacrificio.14,8,3
Carne oscura, dura y seca (DFD): aparece menos frecuentemente en
animales muertos por PSS. Esto se produce por un pH superior a 6,
después de haber transcurrido 24 horas del sacrificio, reteniendo mayor
cantidad de agua y deteriorándose la canal con facilidad.8,3,
Necrosis del músculo del lomo, músculo dorsal o enfermedad de la
banana: cuando los cerdos superan un estrés grave durante más de 2
horas, se produce el cuadro clínico de la llamada necrosis aguda del
músculo dorsal. El síndrome agudo dura 2 semanas aproximadamente y
se caracteriza por inflamación y dolor sobre los músculos del lomo. El
dorso del animal enfermo se curva hacia arriba y hay renuncia de
movimiento por parte del animal. La inflamación y el dolor mejoran
después, pero hay atrofia del músculo afectado y rigidez prominente de la
columna vertebral. En los casos agudos, es muy frecuente la muerte.16
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Diagnostico
Antiguamente, el diagnostico del PSS se realizaba con la prueba del
halotano, debido a la reacción existente entre el anestésico halotano y el
PSS. El método consiste en administrar por vía inhalatoria el anestésico
halotano y observar la reacción del animal. Los cerdos que permanecen
no reactivos durante un período de 5 minutos se consideran normales.
Los cerdos se adormecen sin aparecer contracturas ni espasmos
musculares. Los animales enfermos manifiestan contracturas y espasmos
musculares.14,17,3
Cerdos sometidos a la prueba del
gas halotano.
La imagen superior presenta un
cerdo halotano negativo. La inferior,
un cerdo halotano positivo, reacción
al anestésico - hipertermia,
aumento ritmo respiratorio y
cardíaco, rigidez de miembros.
Esta prueba es sumamente confiable para la identificación de cerdos
homocigotos recesivos. Se sabe que el diagnostico por halotano detecta
más del 90% de cerdos homocigotos y menos del 10% para los
heterocigotos. Pero este método presenta un inconveniente, no diferencia
entre animales sanos no portadores y sanos portadores e identifica a
algunos animales enfermos homocigotos recesivos como normales.
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Los avances en el campo de la genética molecular permiten hoy en día
diferenciar claramente los tres genotipos en animales sanos, portadores y
enfermos con una seguridad del 100% a través del uso de técnicas del
ADN recombinante, como la PCR, los polimorfismos de la longitud de los
fragmentos de restricción (RFLP) y polimorfismos de conformación de
cadena simple (SSCP). Los análisis de ADN se realizan directamente
sobre el individuo del que se desea estudiar, sin posibilidad de error.18,6
Como muestra puede utilizarse pelo, una gota de sangre y tejido.
Muestra de sangre tomada de la marginal de la oreja
PCR-RFLP: básicamente el método de diagnóstico desarrollado consiste
en la amplificación específica de un fragmento del gen Ryr1, que contiene
la mutación, mediante la técnica de PCR. Posteriormente se realiza una
digestión con enzimas de restricción y se visualizan los resultados
mediante electroforesis en gel de agarosa, diferenciándose claramente los
tres genotipos.
PCR-SSCP: a diferencia de PCR-RFLP es un método que no requiere
enzima de restricción y gel de agarosa. El costo del diagnóstico se reduce
a la mitad, es más fácil y rápido que el método PCR-RFLP. Los
fragmentos amplificados son visualizados en una corrida electroforética
en un gel de acrilamida a 3 °C
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Precauciones para disminuir los efectos sobre la calidad
Se puede llevar a cabo diversas herramientas para disminuir la
enfermedad basándose en la disminución del estrés ambiental en las
granjas, manejo apropiado de los animales, nutrición y selección genética
en contra del alelo mutado, eliminando animales homocigotos recesivos
de los programas de mejoramiento en las empresas dedicadas a la venta
de reproductores porcinos. De esta forma la prevalencia de PSS se
disminuiría en un 65%, manteniendo las condiciones de manejo anterior a
la faena.
Se ha desarrollado una línea de machos Pietrain, libre del gen del estrés,
de muy buena calidad de carne, comparado con animales de la misma
raza homocigotos recesivos, con doble copia del gen mutante. Esta nueva
línea, presenta rendimientos de carne magra y conformación equivalente
a las líneas halotano positivas.19
Otra norma de selección plantea la cruza de cerdas madres resistentes a
estrés con verracos portadores, para así mantener la musculatura y el
porcentaje de magro en las reses porcinas.3
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Conclusión
Actualmente la producción de carne porcina debe abarcar todos los
eslabones que constituyen la cadena de la carne, desde la concepción
hasta el consumo. En general, los consumidores desean carne de cerdo
sin exceso de grasa, con buena capacidad de retención de agua, de color
uniforme y con sabor y aroma normal de la carne porcina.
Con los conocimientos disponibles, la mejor estrategia para mejorar
genéticamente la calidad de la carne de cerdo consiste en reducir la
frecuencia del gen halotano de las poblaciones y mucho mejor, eliminarlos
definitivamente, eligiendo correctamente las líneas genéticas básicas con
las que luego se constituirán híbridos comerciales.
Varios núcleos genéticos del mundo ya disponen de animales resistentes
al estrés porcino seleccionados por medio de la biotecnología de ADN.
Seria de mucho interés para el país poder llevar a cabo un programa de
mejoramiento genético que contemple la vigilancia de la mutación del gen
Ryr1, para ingresar en mercados diferenciados con la denominación de
carne de cerdo libre de estrés porcino.
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