La Dra. Kristen Brennan es gerente de proyectos de investigación en el Centro de Nutrigenómica Animal y Nutrición Animal Aplicada de Alltech en Nicholasville, Kentucky. En una entrevista realizada por Tom Martin, la Dra. Brennan nos nos ayuda a comprender mejor su campo, la nutrigenómica, y su función en la agricultura sostenible.

A continuación una transcripción editada de la entrevista de la Dra. Kristen Brennan:

¿Qué es la ciencia de la nutrigenómica?

La manera más fácil de comprender sobre la nutrigenómica es dividiendo la palabra para definir: "nutri" y "genómica". Lo que tratamos de estudiar con la nutrigenómica es cómo la nutrición (ya sean los nutrientes, las formas de nutrientes, las dietas, o el tiempo de las dietas) influye en el genoma del animal. Por lo tanto, no cambiamos el genoma, pero influimos en la actividad de todos los genes del genoma del animal.

¿Es esto una consecuencia del proyecto del genoma humano, o es mucho más que eso?

La nutrigenómica es algo que ha existido siempre. Desde el momento en que el primer organismo vivo evolucionó, necesitaba nutrientes, y esos nutrientes tenían influencia en la actividad de los genes de ese animal o célula. En los últimos años, lo que hemos hecho es descubrir cómo capturar esa información. Siempre ha existido, solo que no teníamos la forma de medirlos. Las tecnologías como la secuenciación del genoma son la base central para medir lo que estamos viendo.

¿En qué momento nos dimos cuenta de que los nutrientes impactan en la expresión génica? 

Creo que desde hace mucho tiempo sabemos la importancia de la nutrición. Siglos atrás, se tenía la idea de que la nutrición tenía un papel vital. No sé si en ese momento, realmente, sabíamos qué era el ADN y cuál era la función de los genes, pero sabíamos que la nutrición podía influir en el resultado, o en el fenotipo de un animal (lo que vemos en el exterior), y qué tan importante es para la buena salud.

¿Cuáles son las ventajas de la nutrigenómica en los estudios animales?

En primer lugar, creo que este campo es muy emocionante porque, cuando se trata de un muestreo real, necesitamos una cantidad de muestra muy pequeña. Podemos hacer esto, por ejemplo, con una pequeña muestra de sangre de un animal, o una pequeña biopsia. Por lo tanto, no tenemos que sacrificar a un animal para obtener su tejido.

Una gran ventaja es la cantidad de información que obtenemos. Si pensamos en la mayoría de los genomas, estamos hablando de miles de genes, podemos medir de una sola vez cómo cada uno de dichos genes se comporta en respuesta a una dieta o nutrición. Eso representa una increíble cantidad de información.

La otra ventaja es que se puede realizar realmente rápido. Desde el momento en que obtenemos una muestra hasta el momento en que tenemos el resultado de los datos, puede ser tan breve como unos pocos días en el laboratorio. Entonces, mucha información, pocos insumos. Una tonelada (de datos) de una manera muy rápida.

¿Con esto, usted es capaz de entender por qué algunos animales responden de manera diferente a los mismos nutrientes?

Sí. Podemos usar esta información para entender eso. Un ejemplo sería animales saludables versus enfermos y por qué la nutrición puede desempeñar un papel sobre la respuesta a la enfermedad. Cada vez más, estamos empezando a comprender cómo las diferencias a nivel genético (diferentes razas de animales, diferentes condiciones de producción, cosas por el estilo) pueden influir en cómo responde el animal.

¿Podría profundizar en esto y descubrir cómo los nutrientes y los componentes bioactivos en los alimentos activan o desactivan ciertos genes?

Sí. La mayor cantidad de información que obtenemos es simplemente “¿se activan o desactivan los genes?”. Por lo tanto, ¿cómo responde cada gen individual al alimento? A medida que comprendamos más y más, podemos dar un paso atrás y comenzar a comprender qué está pasando. Son lo que llamamos vías de señalización, algo como, si configuramos una fila de dominós y golpeamos la primera pieza, se desconfigura todo. Es lo mismo con la actividad de los genes. Existe una serie de moléculas que son responsables de regular o activar otras. Y podemos comenzar a descifrar qué obtenemos del nutriente o la dieta que estamos suministrando en el punto final, la ultima ficha de dominó en la línea.

¿Podría entonces enfocarse en problemas que requieren algún tipo de intervención nutricional?

Sí. Y esa es obviamente una de las aplicaciones más interesantes de esta investigación. Podemos utilizar esto para definir la nutrición de precisión.

Uno de los desafíos con la alimentación de los animales, o de las personas en general, es que existen muchos factores ambientales que influyen en cómo responde el animal a la dieta: trastornos y enfermedades, pero también las condiciones de producción, dónde viven, cuál es su dieta basal. Podemos utilizar esta tecnología para obtener información precisa sobre cómo podemos utilizar la nutrición para obtener el mejor desempeño o la mejor salud de ese animal.

¿Cómo lleva a cabo su investigación? ¿Qué sucede en el laboratorio de Kristen Brennan?

¡Magia! Esta investigación se realiza en varios pasos. Es realmente un trabajo en equipo. El estudio más simple que tenemos es entre dos grupos de animales, y debido a que muchas cosas podrían influir en la expresión génica, queremos asegurarnos de que esos dos grupos de animales sean lo más idénticos posible: la misma raza, sexo, edad, condiciones de producción y alojamiento en entornos similares. La única diferencia entre esos dos grupos es el nutriente que nos interesa.

Por ejemplo, si estamos evaluando la forma de un mineral como el selenio, podríamos tener una dieta para un grupo con selenio en forma de selenito de sodio, y podríamos tener otra dieta para el otro grupo en forma de selenio orgánico como nuestro producto Sel-Plex^®. Una vez que hayamos suministrado estas dietas por un período de tiempo estipulado, evaluaremos lo que nos interesa: qué tejidos y qué nutrientes vamos a evaluar; luego obtenemos una muestra. Puede ser tan simple como una pequeña biopsia muscular o unos mililitros de sangre. Llevamos eso al laboratorio, y nuestros técnicos de laboratorio esencialmente tomarán ese tejido, romperán las membranas celulares y luego las membranas nucleares y purificarán lo que llamamos el ARNm, o las transcripciones, ubicadas dentro del núcleo. Nos aseguramos de que la transcripción, o un ARN total, sea de una calidad y pureza súper alta porque estos ensayos son muy precisos. Tenemos altos estándares para lo que podemos utilizar.

Luego utilizamos un chip de ADN disponible comercialmente. Y eso nos permite establecer un perfil. Este tiene sondas para cada gen en el genoma del animal, por ejemplo para el caso de un pollo, tiene aproximadamente 18.000 sondas, eso nos permite medir si el ARNm, o la transcripción, para cada uno de esos genes ha aumentado o disminuido en respuesta al nutriente que suministramos.

Al final, obtenemos una hoja de cálculo larga que dice: el gen A ha aumentado, el gen B no ha cambiado, el gen C ha disminuido.

Luego viene la parte difícil, el análisis de datos. Tenemos todos esos datos, estamos hablando de miles, es como un enorme rompecabezas. Si tomamos esa caja de rompecabezas y la tiramos al suelo, sería un gran desastre, ¿cierto? Cuando obtengo esa hoja de cálculo de Excel de miles de filas y columnas, básicamente, eso es lo que parece. Entonces, necesitamos ayuda para tratar de unir las piezas de los rompecabezas. Si sacamos una pieza, podríamos encontrar una esquina, algo realmente importante. Igualmente, si miro esa hoja de cálculo, podría encontrar un gen muy importante, que está muy aumentado o disminuido. Este es el punto de partida.

Lo que realmente necesitamos hacer para visualizar el panorama completo es unir las piezas. Utilizamos lo que llamamos la bioinformática, esencialmente estadísticas biológicas, y utilizamos programas de software que nos dicen, estos 100 genes están relacionados, todos tienen una función biológica común; y en función de su actividad, predecimos si la función biológica aumenta o disminuye. Y eso nos ayuda a orientar esta información.

Entonces, al igual que al unir las piezas del rompecabezas, tenemos una idea general de lo que sucede dentro del animal, lo cual genera lo que vemos en el exterior, como un crecimiento mejorado o una mejora en la eficiencia alimenticia o mejores marcadores de salud.

Tengo la impresión de que el "Santo Grial" para usted sería encontrar y establecer un vínculo entre los enfoques genómicos nutricionales y la investigación nutricional aplicada. ¿Lo podría explicar?

Claro. El objetivo final de la nutrigenómica, al menos en mi opinión, es que cuando realizamos estudios de nutrición tradicional, tomamos una dieta experimental, la administramos a un animal y evaluamos el resultado fenotípico. Por lo tanto, ¿qué vemos en el animal? Podría ser el cambio en el peso corporal, las tasas de crecimiento, la eficiencia alimenticia, cosas que podemos medir o simplemente ver en el animal. Podríamos evaluar los marcadores de sangre, cosas por el estilo. Lo que normalmente falta y para lo que podemos utilizar la nutrigenómica es: ¿Cómo pasamos del punto A al punto B? ¿Cómo obtenemos de la dieta una respuesta en el animal?

Lo que la nutrigenómica nos brinda es una herramienta para observar la razón molecular de dichos cambios. Podemos utilizar la nutrigenómica para descifrar: ¿Estamos afectando el consumo de energía en las células? ¿Estamos afectando la traducción de proteínas en el músculo? Este tipo de cosas puede ayudarnos a explicar lo que estamos viendo en ese animal en vez de tan solo adivinar cómo funciona algo.

¿Esta tecnología, la nutrigenómica, reduce nuestra dependencia a los estudios a gran escala realizados en animales, y es esta menos invasiva que el enfoque tradicional?

Creo que sí. Con estos estudios, podemos trabajar con un número mucho más pequeño (de animales) por tratamiento. Entonces, donde necesita cientos de animales para obtener información significativa, por ejemplo, sobre la calidad de la canal, podemos usar seis o 10 animales por tratamiento y aún así obtener la misma información que explicaría por qué vemos ciertos cambios en el animal. Obviamente, es alternativo, pero utilizamos esta tecnología para minimizar la cantidad de animales que necesitamos por tratamiento.

La otra ventaja es la obtención de muestras. No necesitamos un kilo de músculo esquelético para hacer nuestro análisis. Necesitamos una pequeña cantidad. Por lo tanto, realmente no es invasivo. Podemos utilizar una simple muestra de sangre, que no es invasiva, para obtener información.

La granja del siglo XXI es un lugar diferente en comparación con la del siglo pasado. La gran razón detrás de todo esto es la llegada de mucha más ciencia, tecnologías y datos masivos. Si tuviéramos que sacar su ciencia, la nutrigenómica, del laboratorio a la granja, ¿cómo los productores utilizarían lo aprendido?

Creo que una de las principales maneras en que pueden utilizarla es a través de la nutrición de precisión, realmente formulando dietas para satisfacer las necesidades reales del animal. Y también para comprender la forma versus la función de diferentes nutrientes. Es decir, ¿cómo obtenemos lo mejor que podemos obtener de un animal a través de la nutrición? La nutrigenómica nos brinda esa herramienta para comprender el cómo.

Para ir más allá, aparte de ayudar a determinar qué funciona para un tipo genético de animal, ¿la nutrigenómica ayuda a explicar por qué necesitamos saber lo que funciona para un animal específico?

Absolutamente. Y creo que realmente ayuda a impulsar la idea de precisión detrás de la nutrición. Por mucho tiempo, hemos sobrealimentado nutrientes. Realmente no hemos prestado atención a la forma versus la función. La nutrigenómica nos está proporcionando las razones por las cuales la forma es tan importante en los nutrientes, y por qué los niveles precisos son importantes. Estamos eliminando el juego de adivinar en la nutrición animal.

Creo que a medida que nuestra población crece y las necesidades de alimentos continúan aumentando, esa optimización real en la nutrición basada en el potencial genético del animal será realmente importante.

¿Cómo puede ayudarnos esta información de la genómica a comprender mejor sobre la nutrición y la ciencia de los nutrientes?

Esa es una buena pregunta. Esto nos da una buena comprensión sobre los efectos ocultos de la nutrición: lo que realmente no entendemos, por qué vemos los cambios. Por ejemplo: ¿por qué vemos una mayor eficiencia energética con diferentes formas de selenio? Si solo consideramos nuestra investigación nutricional tradicional, no tendremos idea. Pero utilizamos la nutrigenómica para decir: "Está bien, los genes que controlan, digamos, el crecimiento mitocondrial en el músculo esquelético de los animales son activados con Sel-Plex, y eso explica por qué vemos cambios en el consumo de energía".

Ese es el tipo de información que podemos conseguir a través de la investigación tradicional en la nutrición animal, y la nutrigenómica realmente ayuda a impulsar esa información y nos permite comprender mejor cómo funcionan los nutrientes, cosas que no podemos ver simplemente mirando a un animal.

Una última pregunta: En su trabajo, ¿qué es lo que realmente le interesa y le entusiasma?

¡Todo, como verdadera científica! Una de las áreas que me fascina por completo, y lo he estado haciendo durante años y hemos trabajado bastante en ello, pero es algo en lo que pienso y casi me da dolor de cabeza, es la idea de la programación nutricional. Este es el concepto de cómo la nutrición temprana (ya sea en un animal neonatal o incluso en la dieta de gestación, o hasta evaluando a la descendencia) influye en un animal a lo largo de su vida.

Hemos trabajado mucho para evaluar algunas de las cosas que suceden, como los cambios que ocurren en la expresión génica. Cuando cambiamos la dieta de un animal en las primeras 96 horas de vida, esos patrones y cambios permanecen con ese animal a lo largo de su vida, y eso me fascina por completo.

Creo que es una aplicación que se puede aprovechar a través de todas las diferentes especies animales, ya sea ganado o incluso humanos. Pensamos que usted es lo que come, pero también es lo que comió su madre y lo que comió la madre de su madre y luego quizás lo que comió su padre. Es realmente fascinante. Entonces, esa es probablemente una de las áreas más interesantes en las que trabajamos.

La Dra. Kristen Brennan es gerente de proyectos de investigación en el Centro de Nutrigenómica Animal y Nutrición Animal Aplicada de Alltech, ubicado en Nicholasville, Kentucky.