C. elegans, un nematodo para conocer el potencial de los ingredientes

A principios del siglo XX, el zoólogo francés Émile Maupas descubrió el Caenorhabditis elegans (C. elegans), un nematodo (gusano) diminuto que vive entre los granos de tierra. Y ¿qué tiene de especial?

Lo singular de esta especie es que más del 80% de su genética se corresponde con la del ser humano. Por ello, la industria alimentaria está aprovechando este nematodo como herramienta para la caracterización funcional de ingredientes; es decir, para evaluar el efecto que tienen, incluyendo cepas potencialmente probióticas, en diferentes funcionalidades como:

• Reducción de la acumulación de depósitos de grasa en los nematodos, relacionada con la mejora del metabolismo de las grasas.
• Inhibición del estrés oxidativo o actividad antioxidante, que contribuye al funcionamiento normal del sistema inmunitario. 
• Antienvejecimiento, en donde se evalúa la longevidad o esperanza de vida de los animales.
• Motilidad, enfocado al aparato locomotor y que ayuda a evaluar el potencial efecto neuroprotector del sistema nervioso.

Beneficios de usar el nematodo para la caracterización

La utilización del modelo C. elegans es una alternativa eficiente, rápida y más económica que otras opciones que se usan para caracterizar ingredientes como los cultivos celulares (con los que se evalúa el efecto de los ingredientes solo en tejidos aislados, sin que se pueda evaluar el efecto que tiene sobre el metabolismo o incluso en la respuesta de otros tejidos) y modelos murinos (lentos, caros y que plantean problemas de ética en la investigación). 

Frente a estas problemáticas, C. elegans presenta múltiples ventajas. Entre ellas resaltan que es un animal pequeño, de apenas 1 mm, y no patógeno, lo que implica que no se precisan grandes instalaciones ni medidas de contención biológica para trabajar con él, con lo que el coste es menor frente a otras propuestas. Asimismo, el grupo habitual de trabajo es de 300 individuos para C. elegans frente a 30-50 en ratones, aumentando la fiabilidad de los resultados.

Anatómicamente es muy simple, pero tiene un tracto digestivo completo, un sistema nervioso bien definido y un mapa neuronal disponible. Además, tiene un ciclo vital muy corto (2-3 semanas) y cuenta con una elevada progenie 300 individuos en 2-4 días dependiendo de la temperatura de cultivo, con lo que se pueden tener resultados de una forma rápida. Asimismo, estos nematodos son hermafroditas, por lo que su progenie son individuos clónicos de su progenitor, lo que aporta una población homogénea, con una mínima variabilidad genética.

Otra de las ventajas que presenta es su transparencia, lo que permite la visualización de su interior mediante microscopía. Por otro lado, la utilización de diferentes marcadores fluorescentes faculta, adicionalmente, identificar y localizar células individuales e incluso estructuras subcelulares.

Eso sí, debido al tamaño de la boca de los nematodos (1-2 µm), los ingredientes a evaluar deben ser solubles en disolventes o mezclas de disolventes a concentraciones compatibles con la viabilidad y el desarrollo normal de los nematodos o, en caso de serlo parcialmente, presentar tamaños de partícula inferiores a 1 µm. Y es que los nematodos, al igual que los humanos, tienen sus preferencias a la hora de comer.

Salud y subproductos

La evaluación funcional mediante el uso de C. elegans como herramienta permite dar una respuesta rápida y relativamente económica sobre los potenciales efectos saludables de nuevos desarrollos de ingredientes. Debido a estas características (rapidez y economía), se propone como un método eficaz para una primera fase de evaluación. De tal forma que una empresa que cuente con un elevado número de nuevos desarrollos de ingredientes puede realizar unos primeros ensayos exploratorios para hacer una selección solo de aquellos que tengan efectos positivos en C. elegans.

Una de las fuentes para encontrar esos ingredientes con potencial funcional saludable es, en muchas ocasiones, los subproductos alimentarios. Estos se pueden caracterizar y, si son adecuados y de interés, utilizarlos para encontrar nuevas oportunidades de negocio, muchas de ellas relacionadas con la economía circular.

Una vez comprobado con C. elegans si el ingrediente caracterizado cuenta con potencial saludable, se iría a una siguiente fase de evaluación: los ensayos en animales superiores o estudios de intervención nutricional en humanos. Esta fase resulta indispensable de cara a la presentación de una nueva solicitud de alegación saludable a EFSA.

En la Tabla 1, se muestra una relación entre algunas funcionalidades evaluadas en C. elegans y su potencial relación con la funcionalidad que puede tener asociada en humanos, así como unos ejemplos de ingredientes que tienen ya autorizadas esas alegaciones saludables.

El método CNTA

En CNTA hemos desarrollado un método con cinco pasos a seguir para caracterizar un ingrediente desde un punto de vista funcional, los cuales son:

• Evaluar la solubilidad o dispersabilidad del ingrediente para garantizar su ingesta por parte de los nematodos. Un tipo de compuesto con el que se puede evitar este paso previo son los probióticos.
• En caso de desconocer la composición del ingrediente, se tendría que caracterizar a nivel nutricional y a nivel de composición química.
• Tras definir el proceso de acondicionamiento y conocida la composición del ingrediente, se comprobaría que los ingredientes a las dosis de aplicación no interfieren en el desarrollo normal de los nematodos.
• Paralelamente, se evaluaría las funcionalidades de interés, a diferentes dosis, para estudiar un posible efecto dosis-respuesta, tomando siempre como referencia un control positivo con un compuesto con efecto reconocido.
• El último paso se centraría en evaluar los metabolitos producidos en cada grupo de estudio mediante metabolómica dirigida y no-dirigida. 

Una vez realizado esta serie de pasos, se obtendrían unos primeros resultados que permitirían a la empresa saber el potencial saludable de sus ingredientes, pudiendo, además, realizar un cribado rápido entre sus ingredientes o cepas de interés.

Esta última acción permitiría seleccionar aquellos con resultados favorables antes de pasar a los ensayos en animales superiores o estudios de intervención nutricional en humanos.

Ejemplos de ingredientes que se están caracterizando y cribando en CNTA

CNTA está ayudando a diferentes empresas a evaluar y cribar diferentes ingredientes para ver su potencial funcional.

Algunos ejemplos en los que participamos y hemos participado en su evaluación son: 

• Los ingredientes obtenidos a partir de subproductos del olivo de Isanatur, que tras su caracterización se vio que cuentan con capacidad antioxidante y tienen gran potencial para usarlos en platos preparados y otro tipo de productos alimentarios.
• La harina de grillo de Nutrinsect, de la que se comprobó su efecto antioxidante. Además, gracias a sus propiedades nutricionales (alto contenido en proteína y alto valor biológico) se desarrollaron diferentes productos como pan, magdalenas, pastas o análogo de bacón.
• Extractos de curcuminoides, que se caracterizaron con C. elegans para demostrar su efecto antioxidante y el aumento de la longevidad.
• Cepas con potencial probiótico, en las que se evaluó su aptitud para la reducción de grasas, antioxidante, mejora de la respuesta inmune y aumento de la longevidad para ver su potencial para el desarrollo de alimentos funcionales: lácteos, productos en base a frutas (smoothies, zumos), cárnicos, etc.
• Evaluación de la capacidad antioxidante de mezclas de ingredientes a partir de hongos y algas para Neoalgae.

Esto es solo una pequeña muestra de ejemplos concretos de cómo se puede utilizar C. elegans para evaluar la capacidad funcional de los ingredientes. Un método cuyo uso en la industria alimentaria está creciendo y con el que se pueden caracterizar diferentes funcionalidades de un ingrediente que pueden ir desde comprobar su capacidad probiótica o de antienvejecimiento hasta evaluar su potencialidad para prevenir la obesidad.

Con este modelo, fabricantes y proveedores de ingredientes evitan incertidumbres y riesgos para saber cuál es el ingrediente por el que deben apostar para elaborar productos funcionales saludables o para encontrar una nueva oportunidad de negocio.