Advances in the identification and development of biomarkers for health and welfare assessmenta One- Health perspective

Resumen

El objetivo principal de esta tesis doctoral fue aumentar el conocimiento sobre la identificación, medición y validación de nuevos biomarcadores de salud y bienestar que pueden usarse en diferentes contextos dentro del concepto de One Health (OH). Además, se priorizó el uso de muestras no invasivas como la saliva siempre que fue posible. Bajo esta premisa se utilizaron diferentes especies: humanos; perros ya que en ocasiones son empleados como modelos de enfermedades humanas; vacas que son propensas a sufrir mastitis, que es una enfermedad de gran importancia dentro del concepto OH; y peces y mejillones que aunque son especies filogénicamente alejadas de las anteriores se usan habitualmente en los programas de biomonitorización ambiental y por ello son de gran interés dentro del concepto OH. Los objetivos específicos de la tesis doctoral fueron: (1) Realizar una revisión del estado del arte sobre la búsqueda y validación de nuevos biomarcadores en diferentes especies y tipos de muestra, bajo las aplicaciones del concepto OH. (2) Realizar estudios proteómicos y bioquímicos en diferentes situaciones clínicas o experimentales para el descubrimiento de nuevos biomarcadores. Los estudios en humanos y mejillones se centraron en situaciones de daño muscular, mientras que los estudios en perros y vacas se hicieron en relación con diferentes enfermedades interesantes dentro del concepto de OH por su prevalencia o importancia clínica. Además, el modelo de evaluación medioambiental se realizó en peces y mejillones, ya que estás especies se emplean comúnmente como centinelas de la calidad medioambiental. (3) Identificar un biomarcador común mediante la aplicación del concepto de OH y desarrollar un sistema rápido para su medición. Para la consecución del objetivo 1 se realizaron dos revisiones de la literatura, describiendo las potenciales ventajas de la adopción del concepto OH desde el punto de vista de un laboratorio de análisis clínicos, así como las principales técnicas analíticas usadas en el estudio de saliva tanto en humanos como en animales. Además, se evaluó el nivel de conocimiento sobre OH en alumnos de 2º de Veterinaria de la Universidad de Murcia antes y después de la realización de un módulo sobre OH basado en el aula invertida y se describen los cambios que se producen en algunos biomarcadores tras la filtración de partículas y la depleción de la proteína alfa amilasa. Para el abordaje del objetivo 2 se realizaron estudios bioquímicos y proteómicos en suero y saliva de diversas especies con el fin de detectar biomarcadores de utilidad en diversas situaciones. El modelo de daño muscular se basó en el estudio de un modelo de daño inducido en mejillón para determinar si podría utilizarse como modelo animal y en el posible daño muscular producido por el ejercicio en personas. Se identificaron cambios en la expresión de diversas proteínas tanto mediante proteómica como mediante análisis bioquímico en ambos casos. El modelo de enfermedades comprende leishmaniosis, parvovirosis, piometra, tumores mamarios y diabetes mellitus en perros, así como mastitis en vacas. Estos estudios permitieron la identificación de más de 6700 proteínas, observando diferencias estadísticamente significativas en más de 400 proteínas en relación a su grupo control. En el tercer modelo centrado en biomonitorización ambiental, los estudios en mejillones se centraron en validar 9 métodos automáticos para la medición de biomarcadores y observar si éstos podían ser de utilidad para detectar los efectos provocados por contaminantes o hipoxia. En peces, se validaron cortisol, actividad esterase (EA), capacidad oxidante total (TOS) y capacidad antioxidante total (TAC) y se utilizaron para analizar los efectos de contaminantes derivados de la industria farmacéútica. Para la consecución del objetivo 3 de esta Tesis doctoral se consiguió identificar y purificar CRP en mejillones por primera vez y se validó analíticamente el uso de un método comercial para la medición de CRP humana en muestras de mejillón, mostrando su potencial aplicabilidad en el campo de la biomonitorización ambiental. Una batería de anticuerpos monoclonales para la detección de CRP, con el objetivo posterior de desarrollar un sistema rápido de detección de inflamación, fue también desarrollada.   De la discusión de los resultados obtenidos en esta Tesis doctoral se pueden derivar seis conclusiones. 1. El concepto One Health puede ser aplicado a las condiciones de laboratorio mediante el uso de un mismo biomarcador en diferentes especies, tipos de muestra y enfermedades. 2. Las muestras no invasivas como la saliva y el moco cutáneo son biofluidos de gran valor analítico ya que son capaces de mostrar cambios en su composición tras condiciones de daño muscular, enfermedades o hipoxia. 3. Los estudios relacionados con el daño muscular permitieron la identificación de un potencial panel de biomarcadores para su diagnóstico en muestras de saliva de humanos y en hemolinfa de mejillón, incluyendo lactato, actina, tropomiosina y cistatina-B. 4. Los estudios proteómicos realizados en perros y vacas mostraron que tanto el suero como la saliva pueden proporcionar una valiosa información clínica en diversas enfermedades como parvovirosis, leishmaniosis, piometra, diabetes mellitus, tumores de mama y mastitis. Más de 6700 proteínas fueron identificadas en estos estudios y más de 400 fueron diferencialmente moduladas en estas situaciones, proporcionando una gran batería de posibles biomarcadores para estas enfermedades. 5. Ciertos biomarcadores empleados en medicina humana para la evaluación del estrés oxidativo pueden aplicarse en otras especies como peces y mejillones para la biomonitorización de los efectos fisiológicos asociados a contaminación ambiental. Las características de estos biomarcadores (rápidos, económicos, sensibles, accesibles, automáticos y requieren poco volumen de muestra) los hacen viables para su uso en programas de biomonitorización ambiental relacionados con contaminación o hipoxia. 6. La proteína C-reactiva ha sido identificada y descrita en mejillones por primera vez en esta Tesis doctoral. Además, se han producido una serie de anticuerpos monoclonales con afinidad con la proteína C-reactiva canina, que podrían dar pie a la creación de un sistema rápido y portátil de medición de CRP en distintas especies para la detección de inflamación.