Publicación: Sistemas ómicos integrales: Visión holística, innovadora y sostenible para alimentar al mundo en el año 2050?
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Resumen en español
Las relaciones que hemos construido los seres humanos con los microorganismos, las plantas y los animales, hanpermitido que nuestra sociedad moderna se haya desarrollado tecnológicamente. Las poblaciones humanas en laantigüedad se alimentaban mediante la caza, la pesca, la recolección de plantas y/o sus productos. Posteriormente,comenzó la domesticación de organismos para el cultivo de alimentos a principios del Holoceno (~11,700 años);pero no fue sino hasta el inicio de la era Neolítica (~10-11 mil años) que se desarrollaron tecnologías rudimentariaspara tal fin. Estas condiciones permitieron el surgimiento de sociedades agropecuarias en Eurasia, Norte de África,Centro y Sudamérica. En el caso específico de la acuicultura, los inicios de esta actividad se remontan aproximadamentehace 4000 años en China. Desde sus orígenes, estas actividades milenarias han motivado al ser humanopara crear sistemas tecnológicos que mejoren los índices de producción de los cultivos y que cubran las demandasalimenticias. Por lo que no es casualidad que muchos de los avances tecnológicos y científicos modernos esténligados con aplicaciones en la producción agropecuaria y acuícola.De acuerdo con diversas organizaciones internacionales, para el año 2050 se espera un incremento considerable dela población humana (9.9 billones de personas), con la consecuente demanda de alimentos y recursos ambientales.Incluso se han empezado a desarrollar algunas estrategias para evitar la escasez de alimentos en las próximas tresdécadas. Bajo este escenario resulta prioritario incrementar el rendimiento de los cultivos y mejorar los sistemasglobales de producción alimenticia. Para lograr tales fines, se requiere de una mejor comprensión de la estructurafuncional de los genes y genomas, así como de la respuesta fisiológica de los organismos ante los cambios alimenticiosy/o ambientales.En las últimas décadas se ha incrementado sustancialmente el acceso que tiene la humanidad a una gran cantidad deinformación. En el caso de las ciencias biológicas, esto no ha sido la excepción. En la actualidad existe un enfoqueholístico llamado Biología de Sistemas que representa con modelos matemáticos las interacciones de los elementosque influyen en los procesos biológicos. Para comprender los fenómenos a nivel molecular, los análisis se realizanaplicando las ciencias ómicas, que nos permiten cuantificar y caracterizar grupos de moléculas participantes en laestructura o función biológica de una célula, un tejido o un organismo bajo un tiempo y condiciones particulares.La Genómica, Proteómica y Metabolómica, son ciencias ómicas que estudian las relaciones moleculares que presentanlos genes, las proteínas y los metabolitos con un fenotipo final determinado. Además, existen una multiplicidadde ciencias ómicas alrededor de estas tres principales, algunas de las más comúnmente usadas son: La Transcriptómica,que estudia cuales son los genes que están activos o expresados y la Epigenómica, que estudia como secontrola la actividad o expresión de los genes a nivel del ADN. Ambas disciplinas ayudan a describir, como el medioambiente (medicinas, dietas, comportamiento, interacciones, radiación, clima, contaminación, etc.) modula laexpresión de genes determinados. Aunado a las ciencias anteriores, se encuentra la Microbiómica, que estudia loscambios de las poblaciones de microorganismos en diversos ambientes (suelo, agua, aire, alimentos, cuerpos delos animales, etc.), cuando un factor externo cambia su calidad o cantidad (alimentación, temperatura, fotoperiodo,interacción social, etc.).En los últimos años se ha logrado obtener la secuencia genómica para algunos de los organismos y microorganismosque se cultivan en el mundo. Esta información se ha utilizado para evaluar la arquitectura, estructura y complejidad molecular, así como describir ciertas características genómicas únicas que poseen. En algunas líneas genéticas deorganismos terrestres y acuícolas, se han identificado marcadores moleculares que permiten realizar una conexiónde genes específicos con características fenotípicas de rendimiento productivo e importantes rasgos económicos(mejores tasas de conversión alimenticia, crecimiento acelerado, eficiencia reproductiva, calidad del producto, susceptibilidada enfermedades, entre otros).
Resumen en inglés
The relationships that human beings have built with microorganisms, plants and animals have enabled our modernsociety to develop technologically. Human populations in ancient times fed themselves by hunting, fishing, gatheringplants and/or their products. Subsequently, organisms began to be domesticated for food crops in the earlyHolocene period (~11,700 years ago); however, it was not until the beginning of the Neolithic era (~10-11 thousandyears ago) that rudimentary technology was developed for such purpose. These conditions enabled the emergenceof agriculture-based societies in Eurasia, North Africa and Central and South America. The beginnings of aquaculturedate back around 4,000 years ago in China. Since their origins, such ancient activities have motivated humanbeings to create technological systems for improving crop production rates and meeting food demand. It is thus nocoincidence that many modern technological and scientific advances are linked to applications for agricultural andaquaculture production.A considerable increase in the human population (9.9 billion people) is expected by 2050 according to various internationalorganisations; this will be accompanied by the consequent increased demand for food and environmentalresources. Some strategies have even begun to be developed to avoid food shortages during the next three decades;increasing crop yields and improving global food production systems are priorities imposed by such scenario. Betterunderstanding of genes and genomes’ functional structure, along with organisms’ physiological responses to dietaryand/or environmental changes is required for achieving such goals.Humanity’s access to a large amount of information has increased substantially during recent decades; biologicalsciences have not been the exception. A holistic approach called Systems Biology currently uses mathematical modelsto represent the interactions of elements influencing biological processes. Emerging omic technologies/sciencesand data analysis techniques can be used to understand molecular phenomena; omics-based analysis enables quantifyingand characterising the groups of molecules involved in the structure or biological function of a cell, tissue ororganism regarding a particular time and set conditions.Genomics, proteomics and metabolomics are omic sciences that study genes, proteins and metabolites’ molecularrelationships with a determined final phenotype. The three main omic sciences have engendered many offshoots;some of the most commonly used ones are transcriptomics which studies which genes are active or expressedand epigenomics which studies how DNA-related gene activity or expression is controlled. Both disciplines helpto describe how the environment (medicines, diet, behaviour, interactions, radiation, climate, pollution) modulatesthe expression of certain genes. Microbiomics studies microorganism population changes in various environments(soil, water, air, food, animal bodies) when an external factor changes their quality or quantity (feeding, temperature,photoperiod, social interaction).The genomic sequences for some organisms and microorganisms cultivated around the world have been obtained inrecent years; this information has been used to assess their molecular architecture, structure and complexity, as wellas for describing certain of their unique genomic features. Molecular markers have been identified in some terrestrialand aquaculture organisms’ genetic lines, enabling specific genes to be connected with phenotypical characteristicsregarding production performance and significant economic traits (better feed conversion rates, accelerated growth,reproductive efficiency, product quality, susceptibility to diseases).