Líneas de investigación
Nuestra actividad investigadora en Genética trata aspectos básicos y aplicados de interés en Producción Animal, Bioindustria y Sanidad.
Hemos colaborado en distintos proyectos de la RED CONBIAND Organización Científica Internacional, sin ánimo de lucro, centrada en la conservación de la biodiversidad de animales domésticos de razas locales para el desarrollo local sostenible. Para ello pertenecemos a los consorcios creados para el estudio de las distintas especies: BIOBOVIS, BIOVIS, BIOPIG, BIOGOAT, BIOHORSE (http://www.uco.es/conbiand/consorcios.html).
También participamos en CYTED XII-H cuyo objetivo es el desarrollo de estudios de caracterización genética de ganado ibérico y sus descendientes criollos en el continente americano. Hemos analizado marcadores moleculares para el estudio de la diversidad genética y la estructura de poblaciones mediante programas específicos en razas bovinas ibéricas, centroeuropeas, británicas, africanas y criollas y en poblaciones de porcino Iberoamericano (Cortes et al., 2016 doi: 10.1038/hdy.2016.21; , Ginja et al., 2019 doi: 10.1038/s41598-019-47636-0). Además, hemos caracterizado y analizando la contribución de razas europeas en poblaciones de caballos americanas (Cortés et al., 2017 doi: 10.1111/jbg.12255), en el ganado caprino criollo (Sevane et al., 2018 doi: 10.1017/S1751731117003627) y en el búfalo cubano (Uffo et al., 2017 doi: 10.1017/S0022029917000425). Asimismo, hemos contribuido a establecer protocolos de conservación de razas de cabras ibéricas según datos moleculares (Martinez et. al., 2015 doi: 10.1186/s12711-015-0167-8;, Ginja et al., 2017 doi:10.1111/ age.12529 ).
Para la conservación de la biodiversidad del territorio hemos participado en proyecto “Genetic Adaptation of bovine Livestock and production system in MEDiterranean region (GALIMED), Meta-programme Adapting Agriculture and Forestry to Climate Change (MP ACCAF- INRA)”, un proyecto de 9 países del Área Mediterránea con el objetivo de investigar la adaptación a las elevadas temperaturas y la sequía, tratando de prever las consecuencias del cambio climático y las posibles actuaciones que permitan la adaptación de las diferentes razas a nuevas condiciones climáticas (Flori et al., 2019). Participamos también en la solicitud de proyecto en convocatoria PRIMA con el título “Deciphering the genetic basis of thermotolerance in bovine”, para el que se ha establecido un grupo de trabajo compuesto por investigadores de 9 diferentes países y tenemos otra solicitud en curso de la convocatoria PRIMA con el título “Conservation and Promotion through increased quality of products of Mediterranean Small Ruminants Local Breeds with the best potential for Climate Change Adaptation and Mitigation”. En el marco de consorcio Suprautonómico EVNA (Mejora económica en explotaciones ganaderas de vacas nodrizas de razas autóctonas) colaboramos en el mantenimiento del patrimonio genético de nuestras razas autónomas.
Hemos contado con la colaboración de asociaciones ganaderas que nos aportan las muestras y la información necesaria de los libros genealógicos y de la estructura de la población (contratos de investigación 2014/0194 y 2016/0405 con la Asociación aragonesa de raza pirenaica, 2013/0356 y 2016/0438 con la asociación aragonesa de criadores de ganado de Parda de Montaña, 2015/0333 y 2016/0333 con la Associació de Ramaders de Bestià bovi de raza Menorca y 2014/0184 con el CITA para la caracterización de la raza Serrana de Teruel). La colaboración con empresas se ha plasmado en los contratos de investigación “Identificación genética y control de filiación mediante DNA de ganado porcino” y “Detección de ADN de diferentes especies animales mediante RT-qPCR”. Durante los años 2017 – 2019 hemos realizado casi 68.000 estudios de identificación genética individual y chequeos de parentesco en las especies bovina, porcina y canina. Además, hemos participado continuamente en tests de comparación nacionales e internacionales (como Ministerio de Agricultura y International Society of Animal Genetics, ISAG) en estas especies y además en equina, ovina y caprina, y los resultados obtenidos han sido altamente satisfactorios. También hemos establecido convenios con diferentes ayuntamientos de Aragón para poner en marcha el sistema de identificación genética de perros mediante marcadores de DNA, y hasta ahora hemos genotipado más que 10.000 muestras.
Persona de contacto:
Pilar Zaragoza Fernández
Tel: +34976761621
e-mail: pilarzar@unizar.es
Con el objetivo de conseguir productos animales de mayor calidad hemos estudiado genes relacionados con el metabolismo lipídico, que condicionan la función celular de tejidos relacionados con calidad y seguridad de productos. Para ello se ha realizado el análisis de la expresión de genes candidatos y búsqueda de polimorfismos en alguno de ellos en especies de interés económico, principalmente en rumiantes (Sanz et al., 2015). En colaboración con el Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón (CITA) y asociaciones ganaderas hemos medido la actividad enzimática de los productos de estos genes en animales que presenten fenotipos extremos con el objetivo de localizar genes candidatos a QTLs. Esta variación puede afectar tanto a la cantidad como a la calidad de las grasas presentes en los productos animales.
Hemos establecido convenios con diferentes asociaciones de ganado bovino para el estudio de genes de interés en producción animal, especialmente los relacionados con la cantidad y la calidad de la carne. Hemos llevado a cabo el genotipado de 650 animales de Raza Bovina Parda de Montaña para la mutación en gen de la miostatina, que interviene en el síndrome de la Hipertrofia Muscular Hereditaria. Esta mutación provoca un incremento generalizado de la masa muscular del animal y está asociada a características organolépticas particulares, determinadas por su menor contenido graso. Estos estudios contribuyen al control y selección del carácter culón en dicha raza. En colaboración con la Associacio de Ramaders de Bestia Bovi de Raça Menorquina hemos llevado a cabo la identificación de mutaciones de los genes candidatos (calpaina y calpastatina) para explicar diferencias de origen genético en la terneza de la carne. Se han genotipado 32 animales, por su asociación significativa con la variabilidad en este rasgo fenotípico. Además, hemos realizado la tipificación genética por ADN de proteínas de la leche (k-caseína, b-caseína y b-lactoglobulina) para su uso por distintas asociaciones para la selección de reproductores para mejora de la calidad de los quesos fabricados.
En colaboración con la empresa Sergal Gestio Ramadera del sector porcino, hemos analizado genes que puedan estar relacionados con patologías (como hernias) con gran influencia en producción en el sector porcino (CDTI 2018/0383). Finalmente, hemos colaborado con la empresa Copersam Red SL, empresa del grupo Jorge, en el diseño y puesta en marcha de un laboratorio en condiciones buenas prácticas de fabricación (BPF) para detección de especies animales mediante RT-qPCR con muy altos niveles de sensibilidad, para lo que se ha firmado en 2018 (2018/0397) un acuerdo de colaboración con dicha empresa. Dicho convenio se ha prorrogado en septiembre de 2019 para los próximos 4 años.
Persona de contacto:
Clementina Rodellar Penella
Tel: 976761620
e-mail: rodellar@unizar.es
Los nuevos retos en salud requieren un abordaje multidisciplinar y global. La perspectiva One Health en el estudio de la salud integra la salud animal, humana y el efecto ambiental. La línea SANIGEN aplica la genética al estudio de distintos aspectos de la salud animal y humana, con principal interés en aquellas enfermedades compartidas por animales y personas.
1. Base genética, diagnóstico y patogenia de enfermedades priónicas
a) Base genética de enfermedades priónicas
La susceptibilidad a las enfermedades priónicas tiene una conocida base genética, principalmente debida a variaciones del gen que codifica la proteína prión (PRNP). En nuestra línea de investigación, hemos analizado e identificado nuevas variantes de este gen en diversas especies animales susceptibles a la enfermedad como la ovina y caprina, o especies genéticamente resistentes como la equina. Los estudios genómicos también nos permiten identificar otros genes que pudieran tener influencia en esta susceptibilidad. Finalmente, colaboramos en el estudio de las características químicas de las diversas variantes de PRNP y su influencia en la susceptibilidad a scrapie.
b) Identificación de biomarcadores moleculares de enfermedades priónicas
Para este objetivo estudiamos diversos modelos animales de enfermedad priónica. El ovino con scrapie es un excelente modelo natural de la enfermedad en humanos, si bien también realizamos ensayos en modelos transgénicos murinos. Con el fin de identificar biomarcadores que permitan un diagnóstico temprano de la enfermedad hemos realizado estudios transcriptómicos de sistema nervioso central, ganglios linfáticos y sangre periférica de ovino con scrapie. Estos estudios incluyen tanto el análisis mensajeros como de microRNAs. Hemos analizado también los exosomas circulantes como fuente de biomarcadores y como posibles portadores de la proteína prión patológica. Los resultados de esta investigación se trasladan a la medicina humana analizando los potenciales biomarcadores en pacientes con la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.
c) Estudio de la patogenia de las enfermedades priónicas
Los análisis transcriptómicos pueden ser una fuente de biomarcadores, pero también nos ayudan a comprender los mecanismos moleculares subyacentes a la neurodegeneración observada en estas enfermedades. Además de los estudios mencionados, hemos realizado la secuenciación completa del genoma del sistema nervioso central de ovino con scrapie transformado con bisulfito identificando cambios epigenéticos relacionados con la enfermedad.
Por otra parte, analizamos los mecanismos moleculares de vías específicas implicadas en la neurodegeneración como la apoptosis o la autofagia. En este aspecto, utilizando diversos modelos animales hemos podido profundizar en la implicación de estos procesos en la neurodegeneración y su relación con las lesiones características de scrapie.
d) Desarrollo de modelos celulares de enfermedad priónica
Existen muy pocos modelos celulares que multipliquen la proteína prión, la mayoría de ellos basados en líneas celulares murinas que no muestran el fenotipo tóxico de dicha infección. Nuestro grupo utiliza células mesenquimales (MSC) ovinas como base para la creación de estos modelos. Hemos asilado y caracterizado MSC de sangre periférica y médula ósea de ovino con scrapie, las hemos diferenciado hacia células neuronales y estamos analizando la respuesta de las mismas a la infección con scrapie. En la actualidad hemos comenzado una nueva investigación dirigida al desarrollo de iPSC (células madre pluripotentes inducidas) ovinas para la creación de modelos celulares de enfermedades priónicas.
Esta línea de investigación es posible gracias a nuestra participación y colaboración con el Centro de Encefalopatías y Enfermedades Transmisibles Emergentes de la Universidad de Zaragoza. Para el desarrollo de la línea contamos con diversos proyectos nacionales e internacional, participando actualmente en RedPrion, una red científica de excelencia franco-española financiada por el programa POCTEFA 2014-2020.
2. Base genética de otras patologías animales
La genética molecular la aplicamos al estudio de la base genética de otras patologías animales. Gracias a la colaboración con veterinarios clínicos del Hospital Veterinario y patólogos de la Facultad de Veterinaria de la Universidad de Zaragoza, hemos participado en el estudio de la base genética de enfermedades como la Gangliosidosis tipo 1, la Enfermedad de Lafora o el Cistoadenocarcinoma en la especie canina.
Además, consideramos que la medicina comparada es una excelente forma de abordar el estudio de patologías humanas, dentro de esta línea, queremos aplicar las técnicas trascriptómicas para el estudio de la base genética e identificación de biomarcadores en otras patologías animales modelo de enfermedades humanas. En 2019 nuestro grupo lideró un proyecto (2A-BIOMARKER) de cooperación transfronteriza entre Aragón y la región de Nouvelle Aquitanie francesa dirigido a la creación de la Red transfronteriza interdiciplinar Aragón-Aquitania para la innovación en biomarcadores de enfermedad. Esta colaboración en red se consolidó mediante el proyecto CONsIDER, financiado por POCTEFA/aCCeSS.
El grupo de investigación LAGENBIO ha transferido el conocimiento de la base genética de enfermedades animales mediante sendos servicios al sector ganadero para la detección de enfermedades genéticas como el síndrome de estrés porcino y la traslocación 1/29 en bovino.
3. Identificación molecular de microorganismos y epidemiología molecular de enferemedades infecciosas
Humanos y animales compartimos patógenos. En los últimos años y en colaboración con el grupo de microbiología de la Facultad de Veterinaria de la Universidad de Zaragoza, hemos analizado genéticamente diversas cepas de Clostridium difficile aisladas de animales, domésticos, muestras ambientales y humanas. En este ámbito nuestro grupo participa en la caracterización molecular de estas cepas mediante la secuenciación de genes conservados (MLST), la secuenciación de genomas completos y el estudio de genes de resistencia a antibióticos y toxinotipado.
Además, en colaboración con patólogos de la Facultad de Veterinaria aplicamos la Genética molecular a la identificación de microorganismos crípticos responsables de patologías animales mediante el análisis de secuencias conservadas del 16S-rRNA en bacterias o la región ITS en hongos.
4. Estudios epigenéticos e identificación de biomarcadores en patologías humanas
Además del estudio en enfermedades priónicas, nuestro grupo colabora con diversos especialistas de Medicina Humana aplicando nuestro conocimiento en Genética al estudio de patologías humanas. Así, con el servicio de neumología del Hospital Miguel Servet de Zaragoza, hemos colaborado en diversos proyectos dirigidos a la identificación de cambios epigenéticos que incluyen la metilación del DNA y los cambios en los perfiles de miRNAs en pacientes con apnea obstructiva del sueño, intentando asociar estos cambios con una mayor predisposición a la aterosis subclínica. Dentro de esta línea, estamos analizando y caracterizando exosomas circulantes como fuente de biomarcadores pronóstico en estas patologías.
Persona de contacto:
Inmaculada Martín-Burriel
Tel: 976761662
e-mail: minma@unizar.es
Esta línea se centra en tres áreas de investigación.
1. Detección de biomarcadores específicos como herramientas diagnósticas y pronósticas en ELA
a) El metabolismo de los ARNs
Los ARN circulares (cirARN) tienen funciones en la regulación transcripcional y en las interacciones mediantantes entre proteínas. Estudiamos la expresión de los cirARN en la médula espinal de animales modelo con respecto a los WT mediante la secuenciación masiva. Estamos estudiando los circARNs que presentan mayores alteraciones en tejidos más accesibles como el músculo esquelético y suero. Los resultados obtenidos se trasladarán a pacientes.
b) La neuroinflamación y el inflasoma NLRP3
Estudiamos el papel de la inflamación en la ELA y observamos que las citoquinas pro-inflamatorias, debido a su variabilidad no resultan buenos biomarcadores de la enfermedad, aunque podrían usarse como diana terapéutica. Sin embargo, a nivel del inflamosoma demostramos que los niveles transcripcionales de NLRP3 podrían utilizarse como biomarcador no sólo para apoyar el diagnóstico en el músculo esquelético de los ratones transgénicos y en las muestras de sangre de los pacientes con ELA, sino también para predecir la progresión de la enfermedad en los animales. Para ampliar ese estudio en pacientes de ELA estamos colaborando con varios hospitales nacionales e internacionales.
2. Desarrollo de nuevas terapias para la ELA y otros transtornos neurodegenerativos
a) Reposición de fármacos
La droga antineoplásica 5-FU aumentó la supervivencia y retrasó la aparición de los síntomas en los ratones SOD1-G93A. Para dilucidar los mecanismos que median este efecto beneficioso, estamos investigando cómo la terapia de 5-FU afecta a los marcadores del metabolismo del ARN y la neuroinflamación. Paralelamente investigamos la biodistribución, la farmacocinética y la administración óptima del 5-FU (o sus precursores) para optimizar el beneficio en los modelos animales.
b) Desregulación de la microbiota como diana terapéutica
Esta línea de investigación se centra en el estudio de la microbiota intestinal tanto en el modelo animal como en los pacientes con ELA. Queremos conocer si la disbiosis intestinal puede influir en la actividad motora y la supervivencia de los animales y en la progresión clínica en los pacientes, así como evaluar si puede corregirse mediante la dieta en este modelo animal.
c) Nanoestructuras sintéticas para transportar compuestos terapeúticos al SNC
NanoALS (H2020-Marie Curie Action) pretende diseñar nuevas nanopartículas con origen polimérico y metálico como vectores para el sistema de edición génica Crispr/Cas9 con el objetivo de corregir las mutaciones de SOD1 en la ELA y otras enfermedades neurodegenerativas. Optimizamos los procedimientos de síntesis para incrementar la eficiencia del encapsulado y preservar la integridad del ácido nucléico. Posteriormente, demostramos con ensayos de viabilidad y del ciclo celular la biocompatibilidad para las motoneuronas y calculamos las dosis subcitotóxicas. Observamos una rápida captación celular y, por último, demostramos la capacidad de estos nanoconstructos para reducir la expresión de SOD1 en modelos celulares de neuronas motoras. Estamos llevando a cabo otros experimentos para demostrar la eficacia in vivo.
3. Detección de biomarcadores en el envejecimiento de la población
a) Biomarcadores en Deterioro Cognitivo leve que predigan la enfermedad de Alzheimer
Investigamos los perfiles de expresión de microRNAs y cirRNAs en pacientes con deterioro cognitivo leve para posteriormente conocer si llegan a desarrollar la enfermedad de Alzheimer. Será un estudio a largo plazo en colaboración con el Servicio de Psiquiatría del Hospital Clínico Lozano Blesa y el Hospital Provincial Nuestra Señora de Gracia de Zaragoza.
a) Biomarcadores sanguíneos para pacientes frágiles
La fragilidad está asociada al envejecimiento, la dependencia y la pérdida de calidad de vida en nuestros ancianos. Poder detectarla tempranamente y predecir la respuesta del paciente al tratamiento permitiría hacer intervenciones preventivas y personalizar la terapia haciéndola más efectiva. Esta línea de investigación está realizando un estudio a lo largo del tiempo en sujetos frágiles y no frágiles para la búsqueda de biomarcadores diagnósticos y pronósticos sanguíneos. Estos biomarcadores están basados en distintos tipos de ácidos nucléicos y en protéinas sanguíneas. Línea realizada en colaboración con el grupo GENUD.
Persona de contacto:
Rosario Osta Pinzolas
Tel: 976761621
e-mail: osta@unizar.es
La línea de medicina regenerativa de LAGENBIO comenzó en 2006 como respuesta al incipiente interés de estas terapias en medicina veterinaria y sustentada en el carácter multidisciplinar del grupo, siendo pioneros en España en este campo de investigación. Se ha centrado la investigación en varias especies.
Medicina regenerativa equina
El interés de esta línea de investigación surge principalmente por la alta incidencia de lesiones a nivel del aparato locomotor que sufren los caballos, sumada a la baja capacidad de reparación de estos tejidos y a las limitaciones de los tratamientos convencionales. Además, el caballo constituye un modelo animal muy apropiado para el estudio de nuevas terapias aplicadas a tendones y articulaciones con posible extrapolación a medicina humana.
Los primeros trabajos en esta línea se centraron en el aislamiento y caracterización de células madre mesenquimales (MSCs) equinas de distintos orígenes, como médula ósea (BM-MSCs) y tejido adiposo (AT-MSCs). Posteriores trabajos in vivo en modelo equino mostraron que las BM-MSCs podían proporcionar mayor beneficio terapéutico en lesiones tendinosas y que su administración autóloga o alogénica, única o repetida, en articulaciones sanas, no producía efectos adversos. En colaboración con un grupo de investigación internacional, también se ha valorado el efecto de sustituir el suero fetal bovino (FBS) por lisado plaquetario (LP) alogénico sobre las características y perfil inmune de las MSCs equinas, encontrando que el LP podría ser una alternativa apropiada por las limitaciones que presenta el uso de FBS para cultivo.
Actualmente, el poder terapéutico de las MSCs se atribuye principalmente a sus propiedades anti-inflamatorias e inmunorreguladoras, las cuales son estimuladas por la exposición a un ambiente inflamatorio. La línea REGENERAGEN ha trabajo en caracterizar esta respuesta de las MSCs a la inflamación, encontrando que la estimulación in vitro con citoquinas proinflamatorias, previa a la administración in vivo, podría ser una estrategia para aumentar su potencial terapéutico en un modelo equino de patología articular. Sin embargo, la inflamación también puede aumentar la inmunogenicidad de las MSCs y facilitar su reconocimiento inmune cuando se administran de forma alogénica, habiéndose observado un desarrollo de anticuerpos que limitaría el uso repetido de las mismas MSCs. Además, hemos descrito una sobreexpresión de marcadores inmunogénicos en MSCs diferenciadas.
Además de la inflamación y la diferenciación, la compatibilidad para el complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) entre donante y receptor puede ser clave para una terapia alogénica efectiva y segura. La línea REGENERAGEN cuenta con caballos compatibles e incompatibles para el MHC, determinados por análisis genético de regiones de microsatélites, con el objetivo de caracterizar exhaustivamente la respuesta inmune celular y humoral frente a MSCs alogénicas en distintas condiciones.
Medicina regenerativa canina
Las lesiones oculares son muy frecuentes en la especie canina y pueden llegar a suponer serios problemas, siendo de gran interés el desarrollo de terapias innovadoras para su abordaje. Las características de las MSCs y de las células madre limbares (LSCs), como son las capacidades de diferenciación e inmunomoduladora, pueden contribuir al tratamiento de estas patologías.
Con base en este interés, se han desarrollado metodologías para la extracción y cultivo de BM-MSCs, AT-MSCs y LSCs en la especie canina, y se han comparado sus capacidades de proliferación, diferenciación y patrón de expresión de marcadores de caracterización – resultando similares entre ellas- mientras que un ensayo de potencia inmunosupresora mostró que las LSCs tenían mayor capacidad para inhibir in vitro la proliferación de linfocitos activados. Por otra parte, la aplicación de las células al tratamiento de patologías oculares requiere un soporte adecuado, pasándose a analizar el comportamiento de estas células en lentes de contacto y en membrana amniótica equina y demostrando que MSCs y LSCs eran capaces de adherirse a los mismos.
El potencial terapéutico de las LSCs y MSCs también se ha demostrado en un modelo experimental de úlcera corneal y en pacientes caninos con úlcera corneal indolente y queratoconjuntivitis seca (QCS) refractarios a los tratamientos habituales, en los que se logró una mejoría clínica notable.
Medicina regenerativa humana
Paralelamente a nuestro interés en las especies veterinarias y por el gran interés que estas tienen como modelos animales, la línea REGENERAGEN ha establecido colaboraciones con hospitales de medicina humana, como el Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa y la Clínica Tecknon, que permitan extrapolar los resultados obtenidos en animales a la clínica humana en patologías del aparato locomotor. Fruto de esta colaboración, participamos en un ensayo clínico aleatorio doble ciego en fase I/II en medicina humana para la aplicación de las MSCs en el tratamiento de tendinopatías, cuyo protocolo ha sido recientemente aceptado para publicación (Rodas et al. 2019 doi: 10.1186/s13018-019-1477-2).
Medicina regenerativa otras especies
Se ha realizado también ensayos en otras especies como Murina y Ovina
Persona de contacto:
Clementina Rodellar Penella
Tel: 976761620
e-mail: rodellar@unizar.es
We have collaborated in different projects of the CONBIAND NETWORK (http://www.uco.es/conbiand/Bienvenida.html), a non-profit International Scientific Organization, focused on the conservation of the biodiversity of domestic animals of local breeds for sustainable local development. For this we belong to the consortia created for the study of the different species: BIOBOVIS, BIOVIS, BIOPIG, BIOGOAT, BIOHORSE (http://www.uco.es/conbiand/consorcios.html).
We also participate in CYTED XII-H whose objective is the development of genetic characterization studies of Iberian cattle and their Creole descendants in the American continent. We have analyzed molecular markers for the study of genetic diversity and population structure through specific programs in Iberian, Central European, British, African and Creole cattle breeds and in Ibero-American pig populations (Cortes et al., 2016 doi: 10.1038 / hdy. 2016.21; Ginja et al., 2019 doi: 10.1038 / s41598-019-47636-0). Furthermore, we have characterized and analyzed the contribution of European breeds in American horse populations (Cortés et al., 2017 doi: 10.1111 / jbg.12255), in Creole goats (Sevane et al., 2018 doi: 10.1017 / S1751731117003627) and in the Cuban buffalo (Uffo et al., 2017 doi: 10.1017 / S0022029917000425). Likewise, we have contributed to establishing conservation protocols for Iberian goat breeds according to molecular data (Martinez et. Al., 2015 doi: 10.1186 / s12711-015-0167-8 ;, Ginja et al., 2017 doi: 10.1111 / age. 12529).
For the conservation of the territory’s biodiversity we have participated in the project “Genetic Adaptation of bovine Livestock and production system in MEDiterranean region (GALIMED), Meta-program Adapting Agriculture and Forestry to Climate Change (MP ACCAF- INRA)”, a project of 9 countries of the Mediterranean Area with the aim of investigating adaptation to high temperatures and drought, trying to anticipate the consequences of climate change and possible actions that allow the adaptation of different breeds to new climatic conditions (Flori et al., 2019 ). We also participate in the application for a project in the PRIMA call with the title “Deciphering the genetic basis of thermotolerance in bovine”, for which a working group has been established made up of researchers from 9 different countries and we have another request in progress of the call PRIMA with the title “Conservation and Promotion through increased quality of products of Mediterranean Small Ruminants Local Breeds with the best potential for Climate Change Adaptation and Mitigation”. Within the framework of the Suprautonomic EVNA consortium (Economic improvement in livestock farms of suckler cows of indigenous breeds) we collaborate in the maintenance of the genetic heritage of our autonomous breeds.
We have had the collaboration of livestock associations that provide us with the samples and the necessary information from the genealogical books and the structure of the population (research contracts 2014/0194 and 2016/0405 with the Aragonese Association of the Pyrenean breed, 2013/0356 and 2016/0438 with the Aragonese association of Parda de Montaña cattle breeders, 2015/0333 and 2016/0333 with the Associació de Ramaders de Bestià bovi of Menorca breed and 2014/0184 with the CITA for the characterization of the Serrana breed of Teruel). Collaboration with companies has resulted in the research contracts “Genetic identification and parentage control using DNA from pigs” and “Detection of DNA from different animal species using RT-qPCR”. During the years 2017 – 2019 we have carried out almost 68,000 individual genetic identification studies and kinship checks in bovine, swine and canine species. In addition, we have continuously participated in national and international comparison tests (such as the Ministry of Agriculture and the International Society of Animal Genetics, ISAG) in these species and also in equine, ovine and caprine, and the results obtained have been highly satisfactory. We have also established agreements with different municipalities in Aragon to implement the genetic identification system for dogs using DNA markers, and so far we have genotyped more than 10,000 samples.
Contact person:
Pilar Zaragoza Fernández
Tel: +34976761621
e-mail: pilarzar@unizar.es
With the aim of obtaining higher quality animal products, we have studied genes related to lipid metabolism, which condition the cellular function of tissues related to product quality and safety. For this, an analysis of the expression of candidate genes and a search for polymorphisms in some of them has been carried out in species of economic interest, mainly in ruminants (Sanz et al., 2015). In collaboration with the Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón (CITA) and livestock associations we have measured the enzymatic activity of the products of these genes in animals with extreme phenotypes in order to locate candidate genes for QTLs. This variation can affect both the quantity and the quality of the fats present in animal products.
We have established agreements with different associations of cattle for the study of genes of interest in animal production, especially those related to the quantity and quality of meat. We have carried out the genotyping of 650 animals of Brown Mountain Bovine Breed for the mutation in the myostatin gene, which intervenes in the Hereditary Muscular Hypertrophy syndrome. This mutation causes a general increase in the animal’s muscle mass and is associated with particular organoleptic characteristics, determined by its lower fat content. These studies contribute to the control and selection of the culón character in this breed. In collaboration with the Associacio de Ramaders de Bestia Bovi de Raça Menorquina we have carried out the identification of mutations of the candidate genes (calpain and calpastatin) to explain differences of genetic origin in the tenderness of the meat. 32 animals have been genotyped, due to their significant association with variability in this phenotypic trait. In addition, we have carried out genetic typing by DNA of milk proteins (k-casein, b-casein and b-lactoglobulin) for use by different associations for the selection of breeders to improve the quality of the manufactured cheeses.
In collaboration with the company Sergal Gestio Ramadera from the pig sector, we have analyzed genes that may be related to pathologies (such as hernias) with great influence on production in the pig sector (CDTI 2018/0383). Finally, we have collaborated with the company Copersam Red SL, a Jorge group company, in the design and start-up of a laboratory under Good Manufacturing Practices (GMP) for the detection of animal species using RT-qPCR with very high levels of sensitivity. , for which a collaboration agreement with said company was signed in 2018 (2018/0397). This agreement has been extended in September 2019 for the next 4 years.
Contact person:
Clementina Rodellar Penella
Tel: 976761620
e-mail: rodellar@unizar.es
New challenges in health require a multidisciplinary and global approach. The One Health perspective integrates animal and human health and their environmental impact. SANIGEN research line applies Genetics to the study of different aspects of animal and human health, being its main interest those diseases shared by animals and people.
1. Genetics, diagnosis and pathogenesis of prion diseases
a) Genetics basis of prion diseases
Susceptibility to prion diseases has a known genetic component, mainly due to variations in the gene encoding the prion protein (PRNP). Our research group has analysed and identified new variants of this gene in various animal species susceptible to prion diseases such as sheep and goats, or genetically resistant species such as horses. Genomic studies also allow us to identify other genes that could influence this susceptibility. Finally, we collaborate in the study of the chemical characteristics of the different variants of PRNP and their influence on the susceptibility to scrapie.
b) Identification of molecular biomarkers of prion diseases
For this purpose, we study several animal models of prion diseases. Sheep with scrapie is an excellent natural model of the disease in humans, although we also carry out assays on transgenic murine models. In order to identify biomarkers that allow an early diagnosis of the disease, we have carried out transcriptome analyses of the central nervous system, lymph nodes and peripheral blood of sheep with scrapie. These studies include both messenger and microRNA analysis. We have also analysed circulating exosomes as a source of biomarkers and as possible carriers of the pathological prion protein. The results of this research are transferred to human medicine by analysing potential biomarkers in patients with Creutzfeldt-Jakob disease.
c) Study of the pathogenesis of prion diseases
Transcriptomic analyses can be a source of biomarkers, but they also help us to understand the molecular mechanisms underlying the neurodegeneration observed in these diseases. In addition to the above mentioned studies, we have performed a whole genome bisulfite sequencing of DNA obtained from the central nervous system of sheep with scrapie to identify epigenetic changes related to the disease.
On the other hand, we analyse the molecular mechanisms of specific pathways involved in neurodegeneration such as apoptosis or autophagy. In this aspect, using different animal models we have been able to deepen in the implication of these processes in neurodegeneration and its relation with the characteristic lesions of scrapie.
d) Development of cellular models of prion disease
There are very few cellular models able to multiply the prion protein, and most of them are based on murine cell lines that do not show the toxic phenotype of the infection. Our group uses ovine mesenchymal stem cells (MSC) as the basis for the creation of these models. We have isolated and characterized MSCs from peripheral blood and bone marrow of scrapie sheep and differentiated them into neuronal-like cells. At present, we are analysing their response to scrapie infection. In addition, we have started a new research focus on the development of ovine iPSC (induced Pluripotent Stem Cells) as potential cellular models for prion research.
This research line is possible thanks to our participation and collaboration with the Centre for Encephalopathies and Transmissible Emerging Diseases of the University of Zaragoza. For the development of this research we have joined and coordinated several national and international projects, currently participating in RedPrion, a French-Spanish scientific network of excellence funded by the POCTEFA 2014-2020 program.
2. Genetic basis of other animal diseases
We apply molecular genetics to the study of the genetic background of other animal pathologies. Thanks to the collaboration with clinical veterinarians of the Veterinary Hospital and pathologists of the Veterinary Faculty of the University of Zaragoza, we have participated in the study of the genetic basis of diseases such as Gangliosidosis type 1, Lafora Disease or Cystoadenocarcinoma in the canine species.
Furthermore, we consider that comparative medicine is an excellent way to approach the study of human pathologies. Within this research line, we want to apply transcriptomics to study the genetic basis and identify biomarkers in other natural animal pathologies that could serve as models of human diseases. In 2019 our group led a project (2A-BIOMARKER) for cross-border cooperation between Aragon and the French Nouvelle Aquitanie region aimed at creating the Aragon-Aquitaine Interdisciplinary Cross-Border Network for Innovation in Disease Biomarkers. This network collaboration was consolidated through the CONsIDER project, financed by POCTEFA/aCCeSS.
LAGENBIO research group has transferred the knowledge of the genetic base of animal diseases through two services to the livestock sector for the detection of genetic diseases such as porcine stress syndrome and translocation 1/29 in cattle.
3. Molecular identification of microorganisms and molecular epidemiology of infectious diseases
Humans and animals share pathogens. In recent years and in collaboration with the microbiology group of the Faculty of Veterinary Medicine of the University of Zaragoza, we have genetically analyzed several strains of Clostridium difficile isolated from animals, environmental and human samples. In this field, our group participates in the molecular characterization of these strains through the sequencing of conserved genes (MLST), the sequencing of complete genomes, toxinotyping and the study of antibiotic resistance genes.
In addition, in collaboration with pathologists from the Faculty of Veterinary Medicine, we apply molecular genetics to the identification of cryptic microorganisms responsible for animal diseases through the analysis of conserved 16S-rRNA sequences in bacteria or the ITS region in fungi.
4. Epigenetic studies and identification of biomarkers in human pathologies
In addition to the study of prion diseases, our group collaborates with various specialists in Human Medicine applying our knowledge in Genetics to the study of human pathologies. Thus, with the pneumology service of Miguel Servet Hospital in Zaragoza, we have collaborated in various projects aimed at identifying epigenetic changes that include DNA methylation and changes in miRNA profiles in patients with obstructive sleep apnea, trying to associate these changes with a greater predisposition to subclinical atherosis. Within this line, we are analysing and characterising circulating exosomes as a source of prognostic biomarkers in these pathologies.
Contact person:
Inmaculada Martín-Burriel
Tel: 976761662
e-mail: minma@unizar.es
This research line focuses on three main areas:
1. Screening for specific biomarkers as diagnostic and prognostic tools in als
a) RNAs metabolism as biomarkers in ALS
Circular RNAs (cirRNAs) have functions in transcriptional regulation and protein interactions. The expression of cirRNAs in the spinal cord of ALS mouse models has been evaluated with respect to wild type controls by circRNA sequencing. We concentrate on circRNAs that present greatest alterations in accessible tissues such as skeletal muscle and serum. The best candidates will be analysed in ALS patient samples to evaluate their diagnostic/prognostic value.
b) Neuroinflammation and inflammosome NLRP3 as biomarker in ALS
We have studied the role of inflammation in ALS. The highly variable alteration in different pro-inflammatory cytokines along the disease makes them more likely to be therapeutic targets rather than biomarkers in transgenic SOD1G93A mice. We have also analysed the role of NLRP3 inflammosome in ALS. NLRP3 transcript levels could be used as a biomarker not only to support diagnosis in skeletal muscle of transgenic mice and in blood samples of ALS patients, but also to predict disease progression in mice. Ongoing studies are being performed in collaboration with several national and international Hospitals with more ALS patients.
2. Developing novel therapies for ALS and other neuromuscular disorders:
a) Drug repositioning in ALS
Antineoplastic drug 5-FU increased lifespan and delayed the onset of symptoms in the SOD1-G93A mice. To elucidate the mechanisms mediating this beneficial effect, we are investigating how the 5-FU therapy affect markers of RNA metabolism and neuroinflammation. In parallel we investigate biodistribution, pharmacokinetics and the optimal delivery for 5-FU (or its prodrugs) to optimize the benefit in ALS models.
b) Deregulation of microbiota as a target for improving ALS
This line of research focuses on the study of the intestinal microbiota of ALS in both the animal model and ALS patients and to decipher if gut disbyosis can influence the motor activity and survival of the animals and with clinical progression in patients. We also aim to assess if gut disbyosis may be corrected using relatively simple dietary interventions in this animal model.
c) Synthetic Nanostructures as carriers of therapeutic compounds to CNS
The aim of NanoALS (Marie Curie Action) is to design a novel nanoparticle to deliver Cas9 and sgRNA components to correct SOD1 mutations in ALS. Gold and PLGA polymer nanoparticles were assembled to encapsulate Cas9 and sgRNA components. Synthesis procedures were deeply optimized to increase encapsulation efficiency and preserve nucleic acid integrity. Subsequently, viability and cell cycle assays demonstrated the biocompatibility for motor neurons and subcytotoxic doses were calculated. A rapid cell- uptake was observed and finally, capacity of these nanoconstructs to knock-down SOD1 expression was demonstrated in motor neurons in vitro cell models. Further experiments are ongoing to demonstrate efficacy in vivo.
3. Detection of biomarkers in the elderly population.
a) Biomarkers in mild cognitive impairment that predict Alzheimer’s disease.
We are investigating the expression profiles of microRNAs and cirRNAs in patients with mild cognitive impairment in order to find out if they develop Alzheimer’s disease. This will be a long-term study in collaboration with the Psychiatric Service of the Hospital Clínico Lozano Blesa and the Hospital Provincial Nuestra Señora de Gracia of Zaragoza.
b) Blood biomarkers for fragile patients
Fragility is associated with aging, dependence and loss of quality of life in our elderly. Being able to detect it early and predict the patient’s response to treatment would allow preventive interventions to be made and the therapy to be personalized, making it more effective. This line of research is carrying out a study over time in fragile and non-fragile subjects in order to search for diagnostic biomarkers and blood prognoses. These biomarkers are based on different types of nucleic acids and blood proteins. This line was developed in collaboration with the GENUD group.
Contact person:
Rosario Osta Pinzolas
Tel: 976761621
e-mail: osta@unizar.es
LAGENBIO’s Regenerative Medicine research line started back in 2006 in response to the raising interest of these therapies for veterinary medicine and based on the multidisciplinary approach of the group, pioneering this research field in our country.
Equine Regenerative Medicine
The interest in this field is grounded on the high incidence of musculoskeletal injuries in the horse, as well as on the poor repair capacity of these tissues and the limitations of conventional therapies. Furthermore, the horse is considered as one of the most suitable animal models for the study of innovative treatments for tendons and joints, with potential translation into human medicine.
Initial work in this line was focused on the isolation and characterization of equine mesenchymal stem cells (MSCs) from different sources, such as bone marrow (BM-MSCs) and adipose tissue (AT-MSCs). Later in vivo research in the equine model showed that BM-MSCs would be able to provide further therapeutic benefit for treating tendon injuries and that their single or repeated autologous or allogeneic administration in healthy joints would not cause adverse effects. In collaboration with an international group, we also assessed the effect of substituting the fetal bovine serum (FBS) by allogeneic platelet lysate (PL) on MSC properties, finding that PL could be a proper alternative to the limitations of FBS usage for cell culture.
Nowadays, the therapeutic potential of MSCs is mainly attributed to their anti-inflammatory and regulatory properties, which are stimulated by the exposure to an inflammatory environment. REGENERAGEN line has worked in the characterization of such response of MSCs to inflammation and found out that in vitro priming with proinflammatory cytokines, prior the in vivo administration, may be a suitable strategy to enhance MSC therapeutic potential in an equine joint pathology model. However, inflammatory stimuli can also increase MSC immunogenicity, thus facilitating their immune recognition when administered in the allogeneic receptor. Actually, we have observed development of humoral mediated response specifically against MSCs that would limit their repeated use. Furthermore, we reported that differentiation can also affect immunogenicity, as we found upregulation of immunogenic markers in differentiated MSCs.
Besides inflammation and differentiation, matching or mismatching for the major histocompatibility complex (MHC) between donor and receptor may also be key for safe and effective allogeneic MSC-based treatment. REGENERAGEN line has recruited horses matched and mismatched among them for the MHC, as determined by genetic analysis of microsatellite regions, aiming at elucidating the details of the cellular and humoral immune response against allogeneic MSCs under different conditions.
Canine regenerative medicine
Ocular injuries are very common in dogs and can cause serious issues, generating interest in the development of innovative therapeutic approaches. Differentiation and immunomodulatory abilities of MSCs and limbal stem cells (LSCs) may contribute to the treatment of these pathologies.
Based on this interest, work in REGENERAGEN has included the development of methodologies for isolation and expansion of BM-MSCs, AT-MSCs and LSCs from the canine species. The proliferation, differentiation capacity and expression pattern is similar among the three cell types, whereas LSCs exhibited higher immune suppressive potential in vitro. Additionally, application of these cells to the eye requires a proper scaffold, so it was verified the adhesion capacity of these cells in contact lens and equine ammiotic membrane.
LSC and MSC therapeutic potential has been tested in an experimental model of corneal wound and in patients refractory to conventional treatments for indolent ulcer and dry eye disease, showing noticeable clinical improvement.
Humane regenerative medicine
Concurrently to our interest in veterinary species and because of the greater potential of these as animal models, REGENERAGEN line has been establishing collaboration with human hospitals such as Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa and Clínica Tecknon, to support the translation of animal results into human medicine for musculoskeletal pathologies. As a result, we are participating in a randomized double-blinded clinical trial in phase I/II for the application of MSCs in tendon injuries, which publication has been recently accepted (Rodas et al. 2019 doi: 10.1186/s13018-019-1477-2).
Regenerative medicine in other species
Trials have also been carried out on other species such as Murina and Ovina
Contact person:
Clementina Rodellar Penella
Tel: 976761620
e-mail: rodellar@unizar.es