La falta continua de oxígeno provocó en las branquias del salmón Atlántico una respuesta molecular asociada a inflamación persistente, menor actividad de mecanismos antioxidantes y alteraciones en procesos de reparación celular. En cambio, los peces sometidos a una hipoxia cíclica, con periodos diarios de reoxigenación, mostraron una mayor capacidad de ajuste molecular y recuperación de determinados mecanismos de respuesta frente al estrés.
Los resultados corresponden a una investigación publicada en la revista científica Animals, que comparó directamente los efectos de dos patrones moderados de hipoxia sobre la actividad genética de las branquias. El trabajo buscó determinar si un déficit de oxígeno continuo genera la misma respuesta que una exposición intermitente, escenario en que los niveles bajos alternan con periodos de oxigenación normal.
El estudio fue desarrollado por Nicolás Salinas-Parra, Yannick Pombett, Felipe Stambuk, Matías Ilufi, Felipe Ramírez-Cepeda y Cristian A. Valenzuela, del Grupo de Marcadores Inmunológicos en Organismos Acuáticos del Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (PUCV). Pombett y Stambuk también forman parte del Programa de Doctorado en Biotecnología de esa casa de estudios.
Participaron además Carlos Soto, de Salmones Camanchaca; José Gallardo-Matus, del Laboratorio de Genética y Genómica Aplicada de la Escuela de Ciencias del Mar de la PUCV; y Luis Mercado, del Grupo de Marcadores Inmunológicos en Organismos Acuáticos, quien actuó como autor de correspondencia.
Dos patrones de hipoxia
La disminución del oxígeno disuelto constituye un desafío creciente para la acuicultura, asociado a factores como el calentamiento global, la eutrofización y otras alteraciones de los ambientes acuáticos. Aunque se conocen varios efectos de la hipoxia sobre los peces, los autores plantean que los diferentes modelos utilizados en investigación dificultan comparar sus resultados y determinar qué patrones de exposición representan una mayor amenaza para la salud de los salmones.
Para abordar esta pregunta, el equipo trabajó con 120 post-smolts de salmón Atlántico de la cepa Lochy, con un peso promedio de 136,1 gramos. Durante siete días, los peces fueron distribuidos en condiciones de oxigenación normal; hipoxia crónica, mantenida entre 40% y 50% de saturación de oxígeno disuelto; e hipoxia cíclica, consistente en doce horas de normoxia seguidas por doce horas de hipoxia al 50%.
Los investigadores tomaron muestras de branquias durante los días 1, 3, 5 y 7. Mediante un microarreglo diseñado para analizar el genoma del salmón Atlántico, evaluaron cambios en la actividad de miles de genes y luego examinaron marcadores específicos de respuesta a la hipoxia, estrés oxidativo e inmunidad mediante RT-qPCR.
Inflamación sin resolver
Ambos regímenes modificaron ampliamente la actividad genética de las branquias, pero lo hicieron mediante rutas biológicas diferentes. La hipoxia crónica produjo 4.672 genes expresados diferencialmente durante el ensayo y estuvo marcada por la activación de mecanismos de reconocimiento inmune innato, entre ellos las rutas asociadas a receptores NOD, Toll y RIG-I. Al mismo tiempo, disminuyó la actividad de procesos relacionados con la replicación y reparación del ADN, el ciclo celular y la proliferación.
Los autores interpretan este patrón como un intercambio entre las necesidades metabólicas y la respuesta inmunitaria: ante la falta continua de oxígeno, las branquias desviarían recursos desde procesos de mantenimiento y crecimiento celular hacia una respuesta inflamatoria sostenida. El estudio describe este fenómeno como una carga fisiológica acumulada, vinculada a un estado de inflamación estéril, es decir, generado sin la presencia de un agente infeccioso.
Esta interpretación fue reforzada por la reducción de marcadores vinculados con la detección de oxígeno y las defensas antioxidantes, junto con la mantención de niveles elevados de tnfa2, un gen asociado a respuestas proinflamatorias. Según el abstract, esta combinación sugiere una inflamación no resuelta, condición frecuentemente relacionada con apoptosis y daño branquial.
El grupo sometido a hipoxia crónica también presentó una disminución temprana de tlr3, un receptor involucrado en el reconocimiento de señales de peligro y patógenos. Los investigadores plantean que este comportamiento podría reflejar una alteración o agotamiento de los mecanismos de detección de la inmunidad innata.
Reoxigenación y plasticidad
La hipoxia cíclica produjo 5.314 genes expresados diferencialmente, pero su respuesta estuvo concentrada principalmente en rutas de señalización celular, interacción entre receptores y ligandos y regulación del calcio, sin una activación comparable de las principales vías inmunitarias observadas bajo hipoxia crónica.
En este grupo aumentó la expresión de epo, gen que codifica la eritropoyetina y participa en respuestas compensatorias frente a la falta de oxígeno. También se observó recuperación de enzimas antioxidantes, mientras que los niveles de tnfa2 se normalizaron al término del ensayo. Para los autores, estas respuestas muestran que la reoxigenación periódica habría permitido ajustes celulares rápidos y una mayor plasticidad fisiológica.
Las conclusiones describen los periodos de normoxia como un posible “reinicio homeostático”, capaz de activar mecanismos compensatorios y mantener una respuesta inmunitaria regulada y alerta. Sin embargo, esta interpretación corresponde al ensayo realizado durante siete días y no permite afirmar que la hipoxia cíclica sea inocua o que sus efectos puedan mantenerse sin consecuencias durante exposiciones más prolongadas.
Alcance para el cultivo
A partir de los resultados, los investigadores concluyen que la hipoxia crónica impone una carga fisiológica mayor que la cíclica y podría comprometer la capacidad del pez para responder a estresores adicionales. El estudio no incluyó desafíos con patógenos ni evaluó directamente mortalidad, crecimiento o resistencia a enfermedades, por lo que esa posible menor capacidad de respuesta se sustenta en los perfiles moleculares observados en las branquias.
El trabajo plantea que la gestión del oxígeno debería priorizar la prevención de periodos prolongados de hipoxia continua y señala que episodios breves de oxigenación normal podrían contribuir a activar respuestas compensatorias. No obstante, los propios autores advierten que se requieren estudios de mayor duración para comprobar si este comportamiento persiste más allá de los siete días y puede extrapolarse a condiciones industriales.
Otra limitación corresponde al uso de muestras agrupadas de peces en los análisis de RT-qPCR. Esta estrategia buscó reducir el ruido basal, estabilizar la variabilidad y aumentar la capacidad estadística para detectar cambios vinculados con los tratamientos bajo un tamaño muestral restringido. Sin embargo, limitó la posibilidad de separar estadísticamente la variación propia de cada estanque del error residual general. Por ello, el estudio recomienda futuras investigaciones con un mayor número de sistemas replicados y análisis de individuos no agrupados.
El estudio completo, titulado Comparative Gill Transcriptomics Reveals Unresolved Inflammation Under Chronic Hypoxia and Molecular Plasticity During Cyclic Hypoxia in Salmo salar, puede consultarse en la revista Animals.
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