Organismo genéticamente modificado

Un organismo genéticamente modificado ( OGM ) es cualquier organismo cuyo material genético ha sido alterado mediante técnicas de ingeniería genética. La definición exacta de un organismo modificado genéticamente y lo que constituye la ingeniería genética varía, siendo el más común un organismo alterado de una manera que "no ocurre naturalmente por apareamiento y/o recombinación natural". Una amplia variedad de organismos han sido genéticamente modificados (GM), desde animales hasta plantas y microorganismos. Los genes se han transferido dentro de la misma especie, entre especies (creando organismos transgénicos) e incluso entre reinos. Se pueden introducir nuevos genes o se pueden mejorar, alterar o eliminar genes endógenos.

La creación de un organismo modificado genéticamente es un proceso de varios pasos. Los ingenieros genéticos deben aislar el gen que desean insertar en el organismo huésped y combinarlo con otros elementos genéticos, incluida una región promotora y terminadora y, a menudo, un marcador seleccionable. Hay varias técnicas disponibles para insertar el gen aislado en el genoma del huésped. Los avances recientes que utilizan técnicas de edición del genoma, en particular CRISPR, han simplificado mucho la producción de OMG. Herbert Boyer y Stanley Cohen crearon el primer organismo modificado genéticamente en 1973, una bacteria resistente al antibiótico kanamicina. El primer animal genéticamente modificado, un ratón, fue creado en 1974 por Rudolf Jaenisch, y la primera planta se produjo en 1983. En 1994, se lanzó al mercado el tomate Flavr Savr, el primer alimento genéticamente modificado comercializado.

Las bacterias son los organismos más fáciles de manipular y se han utilizado para la investigación, la producción de alimentos, la purificación industrial de proteínas (incluidos los medicamentos), la agricultura y el arte. Existe potencial para usarlos con fines ambientales o como medicina. Los hongos han sido diseñados con los mismos objetivos. Los virus juegan un papel importante como vectores para insertar información genética en otros organismos. Este uso es especialmente relevante para la terapia génica humana. Hay propuestas para eliminar los genes virulentos de los virus para crear vacunas. Las plantas han sido diseñadas para la investigación científica, para crear nuevos colores en las plantas, administrar vacunas y crear cultivos mejorados. Los cultivos modificados genéticamente son públicamente los OMG más controvertidos, a pesar de tener los mayores beneficios para la salud humana y el medio ambiente.La mayoría están diseñados para tolerancia a herbicidas o resistencia a insectos. El arroz dorado ha sido diseñado con tres genes que aumentan su valor nutricional. Otras perspectivas para los cultivos transgénicos son como biorreactores para la producción de biofarmacéuticos, biocombustibles o medicamentos.

Los animales son generalmente mucho más difíciles de transformar y la gran mayoría aún se encuentra en la etapa de investigación. Los mamíferos son los mejores organismos modelo para los humanos, por lo que los modificados genéticamente para parecerse a enfermedades humanas graves son importantes para el descubrimiento y desarrollo de tratamientos. Es más probable que las proteínas humanas expresadas en mamíferos sean similares a sus equivalentes naturales que las expresadas en plantas o microorganismos. El ganado se modifica con la intención de mejorar características económicamente importantes como la tasa de crecimiento, la calidad de la carne, la composición de la leche, la resistencia a enfermedades y la supervivencia. Los peces modificados genéticamente se utilizan para la investigación científica, como mascotas y como fuente de alimento. La ingeniería genética se ha propuesto como una forma de controlar los mosquitos, un vector de muchas enfermedades mortales. Aunque la terapia génica humana es todavía relativamente nueva,

Se han planteado muchas objeciones sobre el desarrollo de los OMG, en particular su comercialización. Muchos de estos involucran cultivos transgénicos y si los alimentos producidos a partir de ellos son seguros y qué impacto tendrá su cultivo en el medio ambiente. Otras preocupaciones son la objetividad y el rigor de las autoridades reguladoras, la contaminación de los alimentos no modificados genéticamente, el control del suministro de alimentos, el patentamiento de la vida y el uso de los derechos de propiedad intelectual. Aunque existe un consenso científico de que los alimentos actualmente disponibles derivados de cultivos transgénicos no representan un mayor riesgo para la salud humana que los alimentos convencionales, la seguridad de los alimentos transgénicos es un tema principal entre los críticos. El flujo de genes, el impacto en organismos no objetivo y el escape son las principales preocupaciones ambientales. Los países han adoptado medidas reglamentarias para hacer frente a estas preocupaciones. Existen diferencias en la regulación para la liberación de OGM entre países, y algunas de las diferencias más marcadas ocurren entre los EE. UU. y Europa. Los temas clave relacionados con los reguladores incluyen si los alimentos GM deben etiquetarse y el estado de los organismos editados genéticamente.

Definición

La definición de organismo genéticamente modificado (OGM) no es clara y varía ampliamente entre países, organismos internacionales y otras comunidades.

En su forma más amplia, la definición de un OGM puede incluir cualquier cosa que haya tenido sus genes alterados, incluso por naturaleza.

Tomando una visión menos amplia, puede abarcar todos los organismos cuyos genes han sido alterados por humanos, lo que incluiría todos los cultivos y el ganado. En 1993, la Encyclopedia Britannica definió la ingeniería genética como "cualquiera de una amplia gama de técnicas... entre ellas la inseminación artificial, la fertilización in vitro ( p. ej., bebés "probeta"), los bancos de esperma, la clonación y la manipulación genética". La Unión Europea (UE) incluyó una definición igualmente amplia en las primeras revisiones, mencionando específicamente que los OGM se producen mediante "reproducción selectiva y otros medios de selección artificial".Estas definiciones se ajustaron rápidamente con una serie de excepciones añadidas como resultado de la presión de las comunidades científicas y agrícolas, así como los avances en la ciencia. Posteriormente, la definición de la UE excluyó la reproducción tradicional, la fertilización in vitro, la inducción de poliploidía, la reproducción por mutación y las técnicas de fusión celular que no utilizan ácidos nucleicos recombinantes o un organismo modificado genéticamente en el proceso.

Otro enfoque fue la definición proporcionada por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, la Organización Mundial de la Salud y la Comisión Europea, que establece que los organismos deben modificarse de una manera que "no se produzca de forma natural mediante el apareamiento y/o la recombinación natural". El progreso en la ciencia, como el descubrimiento de que la transferencia horizontal de genes es un fenómeno natural relativamente común, se sumó a la confusión sobre lo que "ocurre naturalmente", lo que llevó a más ajustes y excepciones. Hay ejemplos de cultivos que se ajustan a esta definición, pero normalmente no se consideran OMG. Por ejemplo, el cultivo de cereales triticale se desarrolló por completo en un laboratorio en 1930 utilizando diversas técnicas para alterar su genoma.

Organismo modificado genéticamente (GEO, por sus siglas en inglés) puede considerarse un término más preciso en comparación con GMO cuando se describen los genomas de organismos que han sido manipulados directamente con biotecnología. El Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad utilizó el sinónimo organismo vivo modificado ( OVM ) en 2000 y lo definió como "cualquier organismo vivo que posea una combinación novedosa de material genético obtenido mediante el uso de la biotecnología moderna". La biotecnología moderna se define además como "Técnicas de ácido nucleico in vitro, incluido el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos, o la fusión de células más allá de la familia taxonómica".

Originalmente, los científicos no usaban el término OGM para describir organismos modificados genéticamente hasta que el uso de OGM se volvió común en los medios populares. El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) considera que los OGM son plantas o animales con cambios hereditarios introducidos por ingeniería genética o métodos tradicionales, mientras que GEO se refiere específicamente a organismos con genes introducidos, eliminados o reorganizados mediante biología molecular, particularmente técnicas de ADN recombinante, como la transgénesis.

Las definiciones se enfocan en el proceso más que en el producto, lo que significa que podría haber OGM y no OGM con genotipos y fenotipos muy similares. Esto ha llevado a los científicos a etiquetarlo como una categoría sin sentido científico, diciendo que es imposible agrupar todos los diferentes tipos de OGM bajo una definición común. También ha causado problemas a las instituciones y grupos orgánicos que buscan prohibir los OGM. También plantea problemas a medida que se desarrollan nuevos procesos. Las definiciones actuales llegaron antes de que la edición del genoma se hiciera popular y existe cierta confusión sobre si se trata de OMG. La UE ha dictaminado que soncambiando su definición de OGM para incluir "organismos obtenidos por mutagénesis", pero los ha excluido de la regulación en función de su "largo historial de seguridad" y que "se han utilizado convencionalmente en una serie de aplicaciones". En contraste, el USDA ha dictaminado que los organismos editados genéticamente no se consideran OGM.

Una incoherencia y una confusión aún mayores se asocian con varios esquemas de etiquetado "Non-GMO" o "GMO-free" en la comercialización de alimentos, donde incluso productos como el agua o la sal, que no contienen ninguna sustancia orgánica ni material genético (y por lo tanto no pueden ser modificados genéticamente por definición), están siendo etiquetados para crear la impresión de ser "más saludables".

Producción

La creación de un organismo genéticamente modificado (OGM) es un proceso de varios pasos. Los ingenieros genéticos deben aislar el gen que desean insertar en el organismo huésped. Este gen puede tomarse de una célula o sintetizarse artificialmente. Si el gen elegido o el genoma del organismo donante se ha estudiado bien, es posible que ya se pueda acceder a él desde una biblioteca genética. Luego, el gen se combina con otros elementos genéticos, incluida una región promotora y terminadora y un marcador seleccionable.

Hay varias técnicas disponibles para insertar el gen aislado en el genoma del huésped. Se puede inducir a las bacterias a que absorban ADN extraño, generalmente mediante electroporación o choque térmico expuesto. El ADN generalmente se inserta en células animales mediante microinyección, donde se puede inyectar a través de la envoltura nuclear de la célula directamente en el núcleo o mediante el uso de vectores virales. En las plantas, el ADN se inserta a menudo usando recombinación mediada por Agrobacterium, biolística o electroporación.

Como solo se transforma una sola célula con material genético, el organismo debe regenerarse a partir de esa sola célula. En las plantas esto se logra a través del cultivo de tejidos. En animales es necesario asegurarse de que el ADN insertado esté presente en las células madre embrionarias. Se realizan más pruebas mediante PCR, hibridación de Southern y secuenciación de ADN para confirmar que un organismo contiene el nuevo gen.

Tradicionalmente, el nuevo material genético se insertaba al azar dentro del genoma del huésped. Se han desarrollado técnicas de selección de genes, que crean rupturas de doble cadena y aprovechan los sistemas de reparación de recombinación homóloga natural de las células, para orientar la inserción en ubicaciones exactas. La edición del genoma utiliza nucleasas diseñadas artificialmente que crean rupturas en puntos específicos. Hay cuatro familias de nucleasas diseñadas: meganucleasas, nucleasas con dedos de zinc, nucleasas efectoras similares a activadores de transcripción (TALEN) y el sistema Cas9-guideRNA (adaptado de CRISPR). TALEN y CRISPR son los dos más utilizados y cada uno tiene sus propias ventajas. Los TALEN tienen una mayor especificidad de destino, mientras que CRISPR es más fácil de diseñar y más eficiente.

Historia

Los seres humanos han domesticado plantas y animales desde alrededor del año 12.000 a. C., utilizando la reproducción selectiva o la selección artificial (en contraste con la selección natural). El proceso de reproducción selectiva, en el que se utilizan organismos con las características deseadas (y, por lo tanto, con los genes deseados) para criar la próxima generación y los organismos que carecen de la característica no se reproducen, es un precursor del concepto moderno de modificación genética. Varios avances en genética permitieron a los humanos alterar directamente el ADN y, por lo tanto, los genes de los organismos. En 1972, Paul Berg creó la primera molécula de ADN recombinante cuando combinó el ADN de un virus de mono con el del virus lambda.

Herbert Boyer y Stanley Cohen crearon el primer organismo genéticamente modificado en 1973. Tomaron un gen de una bacteria que proporcionaba resistencia al antibiótico kanamicina, lo insertaron en un plásmido y luego indujeron a otras bacterias a incorporar el plásmido. La bacteria que había incorporado con éxito el plásmido pudo sobrevivir en presencia de kanamicina. Boyer y Cohen expresaron otros genes en bacterias. Esto incluyó genes del sapo Xenopus laevis en 1974, creando el primer OGM que expresa un gen de un organismo de un reino diferente.

En 1974, Rudolf Jaenisch creó un ratón transgénico introduciendo ADN extraño en su embrión, convirtiéndolo en el primer animal transgénico del mundo. Sin embargo, pasaron otros ocho años antes de que se desarrollaran ratones transgénicos que transmitieran el transgén a su descendencia. En 1984 se crearon ratones modificados genéticamente que portaban oncogenes clonados, lo que los predisponía a desarrollar cáncer. Los ratones a los que se les quitaron los genes (denominados ratones knockout) se crearon en 1989. El primer ganado transgénico se produjo en 1985 y el primer animal que sintetizó proteínas transgénicas en su leche fueron ratones en 1987. Los ratones fueron diseñados para producir activador del plasminógeno tisular humano, una proteína involucrada en la descomposición de los coágulos de sangre.

En 1983, Michael W. Bevan, Richard B. Flavell y Mary-Dell Chilton desarrollaron la primera planta modificada genéticamente. Infectaron tabaco con Agrobacterium transformado con un gen de resistencia a antibióticos y mediante técnicas de cultivo de tejidos pudieron cultivar una nueva planta que contenía el gen de resistencia. La pistola de genes se inventó en 1987 y permitió la transformación de plantas no susceptibles a la infección por Agrobacterium. En 2000, el arroz dorado enriquecido con vitamina A fue la primera planta desarrollada con mayor valor nutritivo.

En 1976, Herbert Boyer y Robert Swanson fundaron Genentech, la primera empresa de ingeniería genética; un año después, la empresa produjo una proteína humana (somatostatina) en E.coli. Genentech anunció la producción de insulina humana modificada genéticamente en 1978. La insulina producida por bacterias, denominada humulina, fue aprobada para su lanzamiento por la Administración de Drogas y Alimentos en 1982. En 1988, se produjeron los primeros anticuerpos humanos en plantas. En 1987, una cepa de Pseudomonas syringae se convirtió en el primer organismo genéticamente modificado liberado en el medio ambiente cuando se roció con ella un campo de fresas y papas en California.

El primer cultivo modificado genéticamente, una planta de tabaco resistente a los antibióticos, se produjo en 1982. China fue el primer país en comercializar plantas transgénicas e introdujo un tabaco resistente a los virus en 1992. En 1994, Calgene obtuvo la aprobación para comercializar el tomate Flavr Savr, el primer alimento modificado genéticamente. También en 1994, la Unión Europea aprobó el tabaco modificado para ser resistente al herbicida bromoxinil, convirtiéndolo en el primer cultivo genéticamente modificado comercializado en Europa. En 1995 se aprobó la liberación de una papa resistente a los insectos en los EE. UU., y en 1996 se había otorgado la aprobación para cultivar comercialmente 8 cultivos transgénicos y un cultivo de flores (clavel) en 6 países más la UE.

En 2010, los científicos del Instituto J. Craig Venter anunciaron que habían creado el primer genoma bacteriano sintético. Lo llamaron Synthia y fue la primera forma de vida sintética del mundo.

El primer animal genéticamente modificado que se comercializó fue el GloFish, un pez cebra con un gen fluorescente agregado que le permite brillar en la oscuridad bajo la luz ultravioleta. Fue lanzado al mercado estadounidense en 2003. En 2015, el salmón AquAdvantage se convirtió en el primer animal modificado genéticamente en ser aprobado para uso alimentario. La aprobación es para peces criados en Panamá y vendidos en los EE. UU. El salmón se transformó con un gen regulador de la hormona del crecimiento de un salmón Chinook del Pacífico y un promotor de un faneca oceánica que le permitió crecer durante todo el año en lugar de solo durante la primavera y el verano.

Bacterias

Las bacterias fueron los primeros organismos modificados genéticamente en el laboratorio, debido a la relativa facilidad de modificar sus cromosomas. Esta facilidad los convirtió en herramientas importantes para la creación de otros OGM. Los genes y otra información genética de una amplia gama de organismos pueden agregarse a un plásmido e insertarse en bacterias para su almacenamiento y modificación. Las bacterias son baratas, fáciles de cultivar, clonales, se multiplican rápidamente y se pueden almacenar a -80 °C casi indefinidamente. Una vez que se aísla un gen, se puede almacenar dentro de la bacteria, proporcionando un suministro ilimitado para la investigación. Una gran cantidad de plásmidos personalizados hacen que la manipulación del ADN extraído de bacterias sea relativamente fácil.

Su facilidad de uso los ha convertido en excelentes herramientas para los científicos que buscan estudiar la función y la evolución de los genes. Los organismos modelo más simples provienen de las bacterias, y la mayor parte de nuestra comprensión temprana de la biología molecular proviene del estudio de Escherichia coli. Los científicos pueden manipular y combinar fácilmente genes dentro de las bacterias para crear proteínas nuevas o alteradas y observar el efecto que esto tiene en varios sistemas moleculares. Los investigadores combinaron los genes de bacterias y arqueas, lo que llevó a comprender cómo estos dos divergieron en el pasado. En el campo de la biología sintética, se han utilizado para probar varios enfoques sintéticos, desde la síntesis de genomas hasta la creación de nuevos nucleótidos.

Las bacterias se han utilizado en la producción de alimentos durante mucho tiempo y se han desarrollado y seleccionado cepas específicas para ese trabajo a escala industrial. Se pueden usar para producir enzimas, aminoácidos, saborizantes y otros compuestos utilizados en la producción de alimentos. Con el advenimiento de la ingeniería genética, se pueden introducir fácilmente nuevos cambios genéticos en estas bacterias. La mayoría de las bacterias productoras de alimentos son bacterias del ácido láctico, y aquí es donde ha ido la mayor parte de la investigación sobre las bacterias productoras de alimentos modificadas genéticamente. Las bacterias se pueden modificar para operar de manera más eficiente, reducir la producción de subproductos tóxicos, aumentar la producción, crear compuestos mejorados y eliminar vías innecesarias.Los productos alimenticios de bacterias modificadas genéticamente incluyen alfa-amilasa, que convierte el almidón en azúcares simples, quimosina, que coagula la proteína de la leche para hacer queso, y pectinesterasa, que mejora la claridad del jugo de frutas. La mayoría se produce en los EE. UU. y, aunque existen regulaciones para permitir la producción en Europa, a partir de 2015 no hay productos alimenticios derivados de bacterias disponibles allí.

Las bacterias modificadas genéticamente se utilizan para producir grandes cantidades de proteínas para uso industrial. Generalmente, las bacterias se cultivan en un gran volumen antes de que se active el gen que codifica la proteína. A continuación, se recogen las bacterias y se purifica la proteína deseada a partir de ellas. El alto costo de extracción y purificación ha significado que solo se hayan producido productos de alto valor a escala industrial. La mayoría de estos productos son proteínas humanas para uso en medicina. Muchas de estas proteínas son imposibles o difíciles de obtener a través de métodos naturales y es menos probable que estén contaminadas con patógenos, lo que las hace más seguras. El primer uso medicinal de las bacterias GM fue producir la proteína insulina para tratar la diabetes.Otros medicamentos producidos incluyen factores de coagulación para tratar la hemofilia, hormona de crecimiento humano para tratar diversas formas de enanismo, interferón para tratar algunos tipos de cáncer, eritropoyetina para pacientes anémicos y activador tisular del plasminógeno que disuelve los coágulos sanguíneos. Fuera de la medicina, se han utilizado para producir biocombustibles. Hay interés en desarrollar un sistema de expresión extracelular dentro de la bacteria para reducir costos y hacer económica la producción de más productos.

Con una mayor comprensión del papel que desempeña el microbioma en la salud humana, existe la posibilidad de tratar enfermedades mediante la alteración genética de las bacterias para que, en sí mismas, sean agentes terapéuticos. Las ideas incluyen alterar las bacterias intestinales para que destruyan las bacterias dañinas, o usar bacterias para reemplazar o aumentar las enzimas o proteínas deficientes. Un enfoque de investigación es modificar Lactobacillus, bacterias que naturalmente brindan cierta protección contra el VIH, con genes que mejorarán aún más esta protección. Si la bacteria no forma colonias dentro del paciente, la persona debe ingerir repetidamente la bacteria modificada para obtener las dosis requeridas. Permitir que las bacterias formen una colonia podría proporcionar una solución a más largo plazo, pero también podría plantear problemas de seguridad, ya que las interacciones entre las bacterias y el cuerpo humano se comprenden menos que con los medicamentos tradicionales. Existe la preocupación de que la transferencia horizontal de genes a otras bacterias pueda tener efectos desconocidos. A partir de 2018 hay ensayos clínicos en curso que prueban la eficacia y seguridad de estos tratamientos.

Durante más de un siglo, las bacterias se han utilizado en la agricultura. Se han inoculado cultivos con Rhizobia (y más recientemente con Azospirillum ) para aumentar su producción o permitir que se cultiven fuera de su hábitat original. La aplicación de Bacillus thuringiensis (Bt) y otras bacterias puede ayudar a proteger los cultivos de la infestación de insectos y enfermedades de las plantas. Con los avances en la ingeniería genética, estas bacterias se han manipulado para aumentar la eficiencia y expandir el rango de huéspedes. También se han agregado marcadores para ayudar a rastrear la propagación de la bacteria. Las bacterias que colonizan naturalmente ciertos cultivos también han sido modificadas, en algunos casos para expresar los genes Bt responsables de la resistencia a las plagas. PseudomonasLas cepas de bacterias causan daños por heladas al nuclear el agua en cristales de hielo a su alrededor. Esto condujo al desarrollo de bacterias menos hielo, a las que se les han eliminado los genes formadores de hielo. Cuando se aplican a los cultivos, pueden competir con las bacterias no modificadas y conferir cierta resistencia a las heladas.

Otros usos de las bacterias modificadas genéticamente incluyen la biorremediación, donde las bacterias se utilizan para convertir los contaminantes en una forma menos tóxica. La ingeniería genética puede aumentar los niveles de las enzimas utilizadas para degradar una toxina o para hacer que las bacterias sean más estables en condiciones ambientales. Bioart también se ha creado utilizando bacterias modificadas genéticamente. En la década de 1980, el artista Jon Davis y la genetista Dana Boyd convirtieron el símbolo germánico de la feminidad (ᛉ) en un código binario y luego en una secuencia de ADN, que luego se expresó en Escherichia coli. Esto dio un paso más en 2012, cuando se codificó un libro completo en el ADN. También se han producido pinturas utilizando bacterias transformadas con proteínas fluorescentes.

Virus

Los virus a menudo se modifican para que puedan usarse como vectores para insertar información genética en otros organismos. Este proceso se denomina transducción y, si tiene éxito, el receptor del ADN introducido se convierte en un OMG. Diferentes virus tienen diferentes eficiencias y capacidades. Los investigadores pueden usar esto para controlar varios factores; incluida la ubicación de destino, el tamaño de inserción y la duración de la expresión génica. Se deben eliminar todas las secuencias peligrosas inherentes al virus, mientras que se conservan aquellas que permiten que el gen se transmita de manera efectiva.

Si bien los vectores virales se pueden usar para insertar ADN en casi cualquier organismo, son especialmente relevantes por su potencial en el tratamiento de enfermedades humanas. Aunque principalmente aún se encuentra en etapas de prueba, ha habido algunos éxitos en el uso de la terapia génica para reemplazar genes defectuosos. Esto es más evidente en la curación de pacientes con inmunodeficiencia combinada grave derivada de la deficiencia de adenosina desaminasa (ADA-SCID), aunque el desarrollo de leucemia en algunos pacientes con ADA-SCID junto con la muerte de Jesse Gelsinger en un ensayo de 1999 retrasó el desarrollo de esta acercamiento durante muchos años. En 2009, se logró otro avance cuando un niño de ocho años con amaurosis congénita de Leber recuperó la vista normal.y en 2016 GlaxoSmithKline obtuvo la aprobación para comercializar un tratamiento de terapia génica para ADA-SCID. A partir de 2018, hay una cantidad sustancial de ensayos clínicos en curso, incluidos tratamientos para la hemofilia, el glioblastoma, la enfermedad granulomatosa crónica, la fibrosis quística y varios tipos de cáncer.

El virus más común utilizado para la entrega de genes proviene de los adenovirus, ya que pueden transportar hasta 7,5 kb de ADN extraño e infectar una gama relativamente amplia de células huésped, aunque se sabe que provocan respuestas inmunitarias en el huésped y solo brindan expresión a corto plazo.. Otros vectores comunes son los virus adenoasociados, que tienen una menor toxicidad y una expresión a más largo plazo, pero solo pueden transportar alrededor de 4 kb de ADN. Los virus del herpes simple son vectores prometedores, con una capacidad de carga de más de 30 kb y proporcionando una expresión a largo plazo, aunque son menos eficaces en la entrega de genes que otros vectores.Los mejores vectores para la integración a largo plazo del gen en el genoma huésped son los retrovirus, pero su propensión a la integración aleatoria es problemática. Los lentivirus son parte de la misma familia que los retrovirus con la ventaja de infectar tanto las células en división como las que no se dividen, mientras que los retrovirus solo se dirigen a las células en división. Otros virus que se han usado como vectores incluyen alfavirus, flavivirus, virus del sarampión, rabdovirus, virus de la enfermedad de Newcastle, poxvirus y picornavirus.

La mayoría de las vacunas consisten en virus que han sido atenuados, desactivados, debilitados o eliminados de alguna manera para que sus propiedades virulentas ya no sean efectivas. En teoría, la ingeniería genética podría usarse para crear virus con los genes virulentos eliminados. Esto no afecta la infectividad de los virus, invoca una respuesta inmune natural y no hay posibilidad de que recuperen su función de virulencia, lo que puede ocurrir con algunas otras vacunas. Como tales, generalmente se consideran más seguras y más eficientes que las vacunas convencionales, aunque persisten las preocupaciones sobre la infección no objetivo, los posibles efectos secundarios y la transferencia horizontal de genes a otros virus.Otro enfoque potencial es utilizar vectores para crear nuevas vacunas para enfermedades que no tienen vacunas disponibles o las vacunas que no funcionan de manera efectiva, como el SIDA, la malaria y la tuberculosis. La vacuna más eficaz contra la tuberculosis, la vacuna Bacillus Calmette-Guérin (BCG), sólo proporciona una protección parcial. Una vacuna modificada que expresa un antígeno de M. tuberculosis puede mejorar la protección de BCG. Se ha demostrado que su uso es seguro en los ensayos de fase II, aunque no tan efectivo como se esperaba inicialmente. Ya se han aprobado otras vacunas basadas en vectores y se están desarrollando muchas más.

Otro uso potencial de los virus genéticamente modificados es alterarlos para que puedan tratar enfermedades directamente. Esto puede ser a través de la expresión de proteínas protectoras o dirigiéndose directamente a las células infectadas. En 2004, los investigadores informaron que un virus genéticamente modificado que explota el comportamiento egoísta de las células cancerosas podría ofrecer una forma alternativa de matar tumores. Desde entonces, varios investigadores han desarrollado virus oncolíticos genéticamente modificados que se muestran prometedores como tratamientos para varios tipos de cáncer. En 2017, los investigadores modificaron genéticamente un virus para expresar proteínas de defensina de espinaca. El virus se inyectó en naranjos para combatir la enfermedad del enverdecimiento de los cítricos que había reducido la producción de naranjas en un 70% desde 2005.

Las enfermedades virales naturales, como la mixomatosis y la enfermedad hemorrágica del conejo, se han utilizado para ayudar a controlar las poblaciones de plagas. Con el tiempo, las plagas sobrevivientes se vuelven resistentes, lo que lleva a los investigadores a buscar métodos alternativos. Se han creado en el laboratorio virus modificados genéticamente que hacen que los animales objetivo sean infértiles a través de la inmunoanticoncepción, así como otros que se dirigen a la etapa de desarrollo del animal. Existen preocupaciones con el uso de este enfoque con respecto a la contención de virus y la infección entre especies.A veces, el mismo virus se puede modificar para propósitos contrastantes. Se ha propuesto la modificación genética del virus del mixoma para conservar los conejos salvajes europeos en la península ibérica y ayudar a regularlos en Australia. Para proteger a las especies ibéricas de enfermedades virales, se modificó genéticamente el virus del mixoma para inmunizar a los conejos, mientras que en Australia se modificó genéticamente el mismo virus del mixoma para disminuir la fertilidad en la población de conejos australianos.

Fuera de la biología, los científicos han utilizado un virus genéticamente modificado para construir una batería de iones de litio y otros materiales nanoestructurados. Es posible diseñar bacteriófagos para expresar proteínas modificadas en su superficie y unirlas en patrones específicos (una técnica llamada exhibición de fagos). Estas estructuras tienen usos potenciales para el almacenamiento y la generación de energía, la biodetección y la regeneración de tejidos con algunos materiales nuevos que se producen actualmente, incluidos puntos cuánticos, cristales líquidos, nanoanillos y nanofibras.La batería fue fabricada mediante la ingeniería de bacteriófagos M13 para que se cubrieran con fosfato de hierro y luego se ensamblaran a lo largo de un nanotubo de carbono. Esto creó un medio altamente conductivo para usar en un cátodo, lo que permitió que la energía se transfiriera rápidamente. Podrían construirse a temperaturas más bajas con productos químicos no tóxicos, haciéndolos más ecológicos.

Hongos

Los hongos se pueden utilizar para muchos de los mismos procesos que las bacterias. Para aplicaciones industriales, las levaduras combinan las ventajas bacterianas de ser un organismo unicelular que es fácil de manipular y cultivar con las modificaciones de proteínas avanzadas que se encuentran en los eucariotas. Se pueden usar para producir moléculas grandes y complejas para su uso en alimentos, productos farmacéuticos, hormonas y esteroides. La levadura es importante para la producción de vino y, a partir de 2016, se han comercializado en los Estados Unidos y Canadá dos levaduras genéticamente modificadas involucradas en la fermentación del vino. Uno ha aumentado la eficiencia de la fermentación maloláctica, mientras que el otro previene la producción de peligrosos compuestos de carbamato de etilo durante la fermentación. También ha habido avances en la producción de biocombustibles a partir de hongos modificados genéticamente.

Los hongos, al ser los patógenos más comunes de los insectos, son biopesticidas atractivos. A diferencia de las bacterias y los virus, tienen la ventaja de infectar a los insectos solo por contacto, aunque los pesticidas químicos los superan en eficiencia. La ingeniería genética puede mejorar la virulencia, generalmente agregando proteínas más virulentas, aumentando la tasa de infección o mejorando la persistencia de las esporas. Muchos de los vectores portadores de enfermedades son susceptibles a los hongos entomopatógenos. Un objetivo atractivo para el control biológico son los mosquitos, vectores de una variedad de enfermedades mortales, como la malaria, la fiebre amarilla y el dengue. Los mosquitos pueden evolucionar rápidamente, por lo que se convierte en un acto de equilibrio para matarlos antes que el Plasmodium.portan se convierte en la enfermedad infecciosa, pero no tan rápido que se vuelven resistentes a los hongos. Mediante la ingeniería genética de hongos como Metarhizium anisopliae y Beauveria bassiana para retrasar el desarrollo de la infecciosidad de los mosquitos, se reduce la presión de selección para desarrollar resistencia. Otra estrategia es agregar proteínas a los hongos que bloquean la transmisión de la malaria o eliminar el Plasmodium por completo.

Un hongo ha sido editado genéticamente para resistir el oscurecimiento, dándole una vida útil más larga. El proceso utilizó CRISPR para eliminar un gen que codifica la polifenol oxidasa. Como no introdujo ningún ADN extraño en el organismo, no se consideró que estuviera regulado por los marcos de OMG existentes y, como tal, es el primer organismo editado por CRISPR que se aprueba para su liberación. Esto ha intensificado los debates sobre si los organismos editados genéticamente deben considerarse organismos genéticamente modificados y cómo deben regularse.

Plantas

Las plantas han sido diseñadas para la investigación científica, para mostrar nuevos colores de flores, administrar vacunas y crear cultivos mejorados. Muchas plantas son pluripotentes, lo que significa que una sola célula de una planta madura puede cosecharse y, en las condiciones adecuadas, puede convertirse en una nueva planta. Los ingenieros genéticos pueden aprovechar esta capacidad; mediante la selección de células que se han transformado con éxito en una planta adulta, se puede cultivar una nueva planta que contenga el transgén en cada célula a través de un proceso conocido como cultivo de tejidos.

Gran parte de los avances en el campo de la ingeniería genética provienen de la experimentación con el tabaco. Los principales avances en el cultivo de tejidos y los mecanismos celulares de plantas para una amplia gama de plantas se han originado a partir de sistemas desarrollados en el tabaco. Fue la primera planta que se modificó mediante ingeniería genética y se considera un organismo modelo no solo para la ingeniería genética, sino también para una variedad de otros campos. Como tales, las herramientas y los procedimientos transgénicos están bien establecidos, lo que convierte al tabaco en una de las plantas más fáciles de transformar. Otro organismo modelo importante relevante para la ingeniería genética es Arabidopsis thaliana. Su pequeño genoma y ciclo de vida corto hace que sea fácil de manipular y contiene muchos homólogos de importantes especies de cultivo.Fue la primera planta secuenciada, tiene una gran cantidad de recursos en línea disponibles y puede transformarse simplemente sumergiendo una flor en una solución de Agrobacterium transformada.

En la investigación, las plantas se modifican para ayudar a descubrir las funciones de ciertos genes. La forma más sencilla de hacer esto es eliminar el gen y ver qué fenotipo se desarrolla en comparación con la forma de tipo salvaje. Cualquier diferencia es posiblemente el resultado del gen faltante. A diferencia de la mutagénesis, la ingeniería genética permite la eliminación selectiva sin alterar otros genes del organismo. Algunos genes solo se expresan en ciertos tejidos, por lo que los genes informadores, como GUS, se pueden unir al gen de interés, lo que permite la visualización de la ubicación.Otras formas de probar un gen es alterarlo ligeramente y luego devolverlo a la planta y ver si todavía tiene el mismo efecto en el fenotipo. Otras estrategias incluyen unir el gen a un promotor fuerte y ver qué sucede cuando se sobreexpresa, obligando a un gen a expresarse en una ubicación diferente o en diferentes etapas de desarrollo.

Algunas plantas genéticamente modificadas son puramente ornamentales. Se modifican según el color de la flor, la fragancia, la forma de la flor y la arquitectura de la planta. Las primeras ornamentales genéticamente modificadas comercializaron color alterado. Los claveles se lanzaron en 1997, y el organismo modificado genéticamente más popular, una rosa azul (en realidad, lavanda o malva) se creó en 2004. Las rosas se venden en Japón, Estados Unidos y Canadá. Otras plantas ornamentales modificadas genéticamente incluyen el crisantemo y la petunia. Además de aumentar el valor estético, hay planes para desarrollar plantas ornamentales que usen menos agua o sean resistentes al frío, lo que permitiría cultivarlas fuera de sus entornos naturales.

Se ha propuesto modificar genéticamente algunas especies de plantas en peligro de extinción para que sean resistentes a plantas y enfermedades invasoras, como el barrenador esmeralda del fresno en América del Norte y la enfermedad fúngica, Ceratocystis platani, en los plátanos europeos. El virus de la mancha anular de la papaya devastó los árboles de papaya en Hawái en el siglo XX hasta que las plantas transgénicas de papaya obtuvieron resistencia derivada de patógenos.Sin embargo, la modificación genética para la conservación en plantas sigue siendo principalmente especulativa. Una preocupación única es que una especie transgénica ya no se parece lo suficiente a la especie original para afirmar verdaderamente que la especie original se está conservando. En cambio, las especies transgénicas pueden ser genéticamente lo suficientemente diferentes como para ser consideradas una nueva especie, disminuyendo así el valor de conservación de la modificación genética.

Cultivos

Los cultivos modificados genéticamente son plantas modificadas genéticamente que se utilizan en la agricultura. Los primeros cultivos desarrollados se utilizaron para alimentación animal o humana y proporcionan resistencia a ciertas plagas, enfermedades, condiciones ambientales, deterioro o tratamientos químicos (por ejemplo, resistencia a un herbicida). La segunda generación de cultivos tenía como objetivo mejorar la calidad, a menudo alterando el perfil de nutrientes. Los cultivos modificados genéticamente de tercera generación podrían utilizarse con fines no alimentarios, incluida la producción de agentes farmacéuticos, biocombustibles y otros bienes de utilidad industrial, así como para la biorremediación.

Hay tres objetivos principales para el avance agrícola; aumento de la producción, mejores condiciones para los trabajadores agrícolas y sostenibilidad. Los cultivos transgénicos contribuyen al mejorar las cosechas al reducir la presión de los insectos, aumentar el valor de los nutrientes y tolerar diferentes tensiones abióticas. A pesar de este potencial, a partir de 2018, los cultivos comercializados se limitan principalmente a cultivos comerciales como el algodón, la soja, el maíz y la canola, y la gran mayoría de los rasgos introducidos brindan tolerancia a los herbicidas o resistencia a los insectos. La soja representó la mitad de todos los cultivos transgénicos plantados en 2014. La adopción por parte de los agricultores ha sido rápida, entre 1996 y 2013, la superficie total de tierra cultivada con cultivos transgénicos aumentó en un factor de 100.Aunque geográficamente la distribución ha sido desigual, con un fuerte crecimiento en las Américas y partes de Asia y poco en Europa y África. Su distribución socioeconómica ha sido más uniforme, con aproximadamente el 54 % de los cultivos transgénicos en todo el mundo cultivados en países en desarrollo en 2013. Aunque se han planteado dudas, la mayoría de los estudios han encontrado que cultivar cultivos transgénicos es beneficioso para los agricultores a través de la disminución del uso de pesticidas, así como el aumento de cultivos. rendimiento y beneficio de la finca.

La mayoría de los cultivos transgénicos se han modificado para que sean resistentes a herbicidas seleccionados, generalmente uno a base de glifosato o glufosinato. Los cultivos genéticamente modificados diseñados para resistir los herbicidas ahora están más disponibles que las variedades resistentes cultivadas convencionalmente; en los EE. UU., el 93 % de la soja y la mayor parte del maíz transgénico cultivado es tolerante al glifosato. La mayoría de los genes actualmente disponibles que se utilizan para modificar la resistencia de los insectos provienen de la bacteria Bacillus thuringiensis y codifican para endotoxinas delta. Unos pocos utilizan los genes que codifican las proteínas insecticidas vegetativas. El único gen utilizado comercialmente para brindar protección contra insectos que no se origina en B. thuringiensises el inhibidor de la tripsina del caupí (CpTI). CpTI fue aprobado por primera vez para su uso en algodón en 1999 y actualmente se encuentra en pruebas en arroz. Menos del uno por ciento de los cultivos transgénicos contenían otras características, que incluyen brindar resistencia a los virus, retrasar la senescencia y alterar la composición de las plantas.

El arroz dorado es el cultivo transgénico más conocido que tiene como objetivo aumentar el valor de los nutrientes. Ha sido diseñado con tres genes que biosintetizan el betacaroteno, un precursor de la vitamina A, en las partes comestibles del arroz. Su objetivo es producir un alimento enriquecido para ser cultivado y consumido en áreas con escasez de vitamina A en la dieta, una deficiencia que cada año se estima que mata a 670.000 niños menores de 5 años y causa 500.000 casos adicionales de ceguera infantil irreversible. El arroz dorado original produjo 1,6 μg/g de carotenoides, y el desarrollo posterior aumentó esto 23 veces. Obtuvo sus primeras aprobaciones para su uso como alimento en 2018.

Las plantas y las células vegetales han sido modificadas genéticamente para la producción de productos biofarmacéuticos en biorreactores, un proceso conocido como pharming. Se ha trabajado con la lenteja de agua Lemna minor, el alga Chlamydomonas reinhardtii y el musgo Physcomitrella patens. Los productos biofarmacéuticos producidos incluyen citocinas, hormonas, anticuerpos, enzimas y vacunas, la mayoría de los cuales se acumulan en las semillas de las plantas. Muchos medicamentos también contienen ingredientes vegetales naturales y las vías que conducen a su producción se han alterado genéticamente o se han transferido a otras especies de plantas para producir un mayor volumen. Otras opciones para los biorreactores son los biopolímeros y los biocombustibles.A diferencia de las bacterias, las plantas pueden modificar las proteínas después de la traducción, lo que les permite producir moléculas más complejas. También presentan menos riesgo de ser contaminados. Se han cultivado productos terapéuticos en células transgénicas de zanahoria y tabaco, incluido un tratamiento farmacológico para la enfermedad de Gaucher.

La producción y almacenamiento de vacunas tiene un gran potencial en las plantas transgénicas. Las vacunas son costosas de producir, transportar y administrar, por lo que tener un sistema que pudiera producirlas localmente permitiría un mayor acceso a las áreas más pobres y en desarrollo.Además de vacunas purificadoras expresadas en plantas, también es posible producir vacunas comestibles en plantas. Las vacunas comestibles estimulan el sistema inmunológico cuando se ingieren para proteger contra ciertas enfermedades. El almacenamiento en plantas reduce el costo a largo plazo ya que pueden diseminarse sin necesidad de almacenamiento en frío, no necesitan purificarse y tienen estabilidad a largo plazo. Además, al estar alojado dentro de las células vegetales, brinda cierta protección contra los ácidos intestinales durante la digestión. Sin embargo, el costo de desarrollar, regular y contener plantas transgénicas es alto, lo que lleva a que la mayoría de las vacunas basadas en plantas actuales se apliquen a la medicina veterinaria, donde los controles no son tan estrictos.

Los cultivos modificados genéticamente se han propuesto como una de las formas de reducir las emisiones de CO2 relacionadas con la agricultura debido a un mayor rendimiento, un uso reducido de pesticidas, un uso reducido de combustible para tractores y la ausencia de labranza. Según un estudio de 2021, solo en la UE, la adopción generalizada de cultivos transgénicos reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero en 33 millones de toneladas de CO2 equivalente o el 7,5 % de las emisiones totales relacionadas con la agricultura.

Animales

La gran mayoría de los animales genéticamente modificados se encuentran en la etapa de investigación y el número cercano a ingresar al mercado sigue siendo pequeño. A partir de 2018, solo se han aprobado tres animales genéticamente modificados, todos en los EE. UU. Una cabra y un pollo han sido diseñados para producir medicinas y un salmón ha aumentado su propio crecimiento. A pesar de las diferencias y dificultades para modificarlos, los objetivos finales son muy parecidos a los de las plantas. Los animales transgénicos se crean con fines de investigación, producción de productos industriales o terapéuticos, usos agrícolas o para mejorar su salud. También existe un mercado para la creación de mascotas modificadas genéticamente.

Mamíferos

El proceso de ingeniería genética de mamíferos es lento, tedioso y costoso. Sin embargo, las nuevas tecnologías están haciendo que las modificaciones genéticas sean más fáciles y precisas. Los primeros mamíferos transgénicos se produjeron inyectando ADN viral en embriones y luego implantando los embriones en hembras. El embrión se desarrollaría y se esperaría que parte del material genético se incorporara a las células reproductivas. Luego, los investigadores tendrían que esperar hasta que el animal alcanzara la edad reproductiva y luego se examinaría a las crías para detectar la presencia del gen en cada célula. El desarrollo del sistema de edición de genes CRISPR-Cas9 como una forma barata y rápida de modificar directamente las células germinales, reduciendo a la mitad el tiempo necesario para desarrollar mamíferos genéticamente modificados.

Los mamíferos son los mejores modelos para las enfermedades humanas, por lo que los modificados genéticamente son vitales para el descubrimiento y desarrollo de curas y tratamientos para muchas enfermedades graves. Eliminar los genes responsables de los trastornos genéticos humanos permite a los investigadores estudiar el mecanismo de la enfermedad y probar posibles curas. Los ratones modificados genéticamente han sido los mamíferos más utilizados en la investigación biomédica, ya que son baratos y fáciles de manipular. Los cerdos también son un buen objetivo, ya que tienen un tamaño corporal y características anatómicas, fisiología, respuesta fisiopatológica y dieta similares. Los primates no humanos son los organismos modelo más similares a los humanos, pero hay menos aceptación pública para usarlos como animales de investigación.En 2009, los científicos anunciaron que por primera vez habían transferido con éxito un gen a una especie de primate (tití). Su primer objetivo de investigación para estos titíes fue la enfermedad de Parkinson, pero también estaban considerando la esclerosis lateral amiotrófica y la enfermedad de Huntington.

Es más probable que las proteínas humanas expresadas en mamíferos sean similares a sus equivalentes naturales que las expresadas en plantas o microorganismos. Se ha logrado una expresión estable en ovejas, cerdos, ratas y otros animales. En 2009, se aprobó el primer fármaco biológico humano producido a partir de un animal de este tipo, una cabra. El fármaco, ATryn, es un anticoagulante que reduce la probabilidad de coágulos de sangre durante la cirugía o el parto y se extrae de la leche de cabra. La alfa-1-antitripsina humana es otra proteína que se ha producido a partir de cabras y se usa en el tratamiento de humanos con esta deficiencia. Otra área medicinal está en la creación de cerdos con mayor capacidad para trasplantes de órganos humanos (xenotrasplantes). Los cerdos han sido modificados genéticamente para que sus órganos ya no puedan transportar retroviruso tener modificaciones para reducir la posibilidad de rechazo. Los pulmones de cerdo de cerdos genéticamente modificados están siendo considerados para trasplante a humanos. Incluso existe la posibilidad de crear cerdos quiméricos que puedan transportar órganos humanos.

El ganado se modifica con la intención de mejorar características económicamente importantes como la tasa de crecimiento, la calidad de la carne, la composición de la leche, la resistencia a enfermedades y la supervivencia. Los animales han sido diseñados para crecer más rápido, ser más saludables y resistir enfermedades. Las modificaciones también han mejorado la producción de lana de las ovejas y la salud de las ubres de las vacas. Las cabras han sido modificadas genéticamente para producir leche con fuertes proteínas de seda similares a telaraña en su leche. Se creó un cerdo GM llamado Enviropig con la capacidad de digerir el fósforo vegetal de manera más eficiente que los cerdos convencionales. Podrían reducir la contaminación del agua ya que excretan entre un 30 y un 70 % menos de fósforo en el estiércol.Las vacas lecheras han sido modificadas genéticamente para producir leche que sería igual a la leche materna humana. Esto podría beneficiar potencialmente a las madres que no pueden producir leche materna pero quieren que sus hijos tomen leche materna en lugar de fórmula. Los investigadores también han desarrollado una vaca modificada genéticamente que produce leche libre de alergias.

Los científicos han modificado genéticamente varios organismos, incluidos algunos mamíferos, para incluir proteína fluorescente verde (GFP), con fines de investigación. GFP y otros genes de informes similares permiten una fácil visualización y localización de los productos de la modificación genética. Se han criado cerdos fluorescentes para estudiar los trasplantes de órganos humanos, la regeneración de células fotorreceptoras oculares y otros temas. En 2011, se crearon gatos de color verde fluorescente para ayudar a encontrar terapias para el VIH/SIDA y otras enfermedades, ya que el virus de la inmunodeficiencia felina está relacionado con el VIH.

Ha habido sugerencias de que la ingeniería genética podría usarse para salvar a los animales de la extinción. Implica cambiar el genoma de un pariente vivo cercano para parecerse al extinto y actualmente se está intentando con la paloma mensajera. Los genes asociados con el mamut lanudo se han agregado al genoma de un elefante africano, aunque el investigador principal dice que no tiene intención de crear elefantes vivos y que transferir todos los genes y revertir años de evolución genética está muy lejos de ser factible. Es más probable que los científicos puedan usar esta tecnología para conservar animales en peligro de extinción recuperando la diversidad perdida o transfiriendo ventajas genéticas evolucionadas de organismos adaptados a aquellos que están luchando.

Humanos

La terapia génica utiliza virus genéticamente modificados para entregar genes que pueden curar enfermedades en humanos. Aunque la terapia génica todavía es relativamente nueva, ha tenido algunos éxitos. Se ha utilizado para tratar trastornos genéticos como la inmunodeficiencia combinada grave y la amaurosis congénita de Leber. También se están desarrollando tratamientos para una variedad de otras enfermedades actualmente incurables, como la fibrosis quística, la anemia de células falciformes, la enfermedad de Parkinson, el cáncer, la diabetes, las enfermedades cardíacas y la distrofia muscular. Estos tratamientos solo afectan a las células somáticas, lo que significa que cualquier cambio no sería hereditario. La terapia génica de línea germinal da como resultado que cualquier cambio sea hereditario, lo que ha generado preocupación dentro de la comunidad científica.

En 2015, se utilizó CRISPR para editar el ADN de embriones humanos no viables. En noviembre de 2018, He Jiankui anunció que había editado los genomas de dos embriones humanos, en un intento de desactivar el gen CCR5, que codifica un receptor que el VIH usa para ingresar a las células. Dijo que las gemelas, Lulu y Nana, habían nacido unas semanas antes y que portaban copias funcionales de CCR5 junto con CCR5 discapacitado (mosaicismo) y aún eran vulnerables al VIH. El trabajo fue ampliamente condenado como poco ético, peligroso y prematuro.

Pescado

Los peces modificados genéticamente se utilizan para la investigación científica, como mascotas y como fuente de alimento. La acuicultura es una industria en crecimiento, que actualmente proporciona más de la mitad del pescado consumido en todo el mundo. A través de la ingeniería genética es posible aumentar las tasas de crecimiento, reducir la ingesta de alimentos, eliminar las propiedades alergénicas, aumentar la tolerancia al frío y proporcionar resistencia a las enfermedades. Los peces también se pueden utilizar para detectar la contaminación acuática o funcionar como biorreactores.

Varios grupos han estado desarrollando pez cebra para detectar la contaminación mediante la unión de proteínas fluorescentes a los genes activados por la presencia de contaminantes. Luego, los peces brillarán y se pueden usar como sensores ambientales. El GloFish es una marca de pez cebra fluorescente modificado genéticamente con un color fluorescente rojo, verde y naranja brillante. Originalmente fue desarrollado por uno de los grupos para detectar la contaminación, pero ahora es parte del comercio de peces ornamentales, convirtiéndose en el primer animal modificado genéticamente en estar disponible públicamente como mascota cuando en 2003 se introdujo a la venta en los EE. UU.

Los peces transgénicos se utilizan ampliamente en la investigación básica en genética y desarrollo. Dos especies de peces, el pez cebra y el medaka, se modifican con mayor frecuencia porque tienen coriones ópticamente transparentes (membranas en el huevo), se desarrollan rápidamente y el embrión de una célula es fácil de ver y se microinyecta con ADN transgénico. El pez cebra es un organismo modelo para procesos de desarrollo, regeneración, genética, comportamiento, mecanismos de enfermedades y pruebas de toxicidad. Su transparencia permite a los investigadores observar las etapas de desarrollo, las funciones intestinales y el crecimiento tumoral. La generación de protocolos transgénicos (específicos de todo el organismo, célula o tejido, etiquetados con genes indicadores) ha aumentado el nivel de información obtenido mediante el estudio de estos peces.

Los peces transgénicos se han desarrollado con promotores que impulsan una sobreproducción de la hormona del crecimiento para su uso en la industria de la acuicultura para aumentar la velocidad de desarrollo y reducir potencialmente la presión pesquera sobre las poblaciones silvestres. Esto ha dado como resultado una espectacular mejora del crecimiento en varias especies, incluidos el salmón, la trucha y la tilapia. AquaBounty Technologies, una empresa de biotecnología, ha producido un salmón (llamado salmón AquAdvantage) que puede madurar en la mitad del tiempo que el salmón salvaje. Obtuvo la aprobación regulatoria en 2015, el primer alimento transgénico no vegetal en ser comercializado. A partir de agosto de 2017, el salmón transgénico se vende en Canadá. Las ventas en los EE. UU. comenzaron en mayo de 2021.

Insectos

En la investigación biológica, las moscas transgénicas de la fruta ( Drosophila melanogaster ) son organismos modelo utilizados para estudiar los efectos de los cambios genéticos en el desarrollo. Las moscas de la fruta a menudo se prefieren a otros animales debido a su ciclo de vida corto y bajos requisitos de mantenimiento. También tienen un genoma relativamente simple en comparación con muchos vertebrados, con solo una copia de cada gen, lo que facilita el análisis fenotípico. Drosophila se ha utilizado para estudiar la genética y la herencia, el desarrollo embrionario, el aprendizaje, el comportamiento y el envejecimiento. El descubrimiento de transposones, en particular el elemento p, en Drosophila proporcionó un método temprano para agregar transgenes a su genoma, aunque esto ha sido asumido por técnicas de edición de genes más modernas.

Debido a su importancia para la salud humana, los científicos están buscando formas de controlar los mosquitos a través de la ingeniería genética. Los mosquitos resistentes a la malaria se han desarrollado en el laboratorio mediante la inserción de un gen que reduce el desarrollo del parásito de la malaria y luego utilizan endonucleasas autodirigidas para propagar rápidamente ese gen entre la población masculina (lo que se conoce como impulso genético). Este enfoque se ha llevado más allá mediante el uso de impulsores genéticos para propagar un gen letal. En los ensayos, las poblaciones de mosquitos Aedes aegypti, el vector más importante del dengue y el virus del Zika, se redujeron entre un 80 % y un 90 %.Otro enfoque es utilizar una técnica de insectos estériles, mediante la cual los machos modificados genéticamente para ser estériles compiten con los machos viables, para reducir el número de poblaciones.

Otras plagas de insectos que son objetivos atractivos son las polillas. Las polillas de espalda de diamante causan daños de 4 a 5 mil millones de dólares cada año en todo el mundo. El enfoque es similar a la técnica estéril probada en mosquitos, donde los machos se transforman con un gen que evita que las hembras nacidas alcancen la madurez. Se sometieron a pruebas de campo en 2017. Las polillas modificadas genéticamente se han liberado previamente en pruebas de campo. En este caso, una cepa de gusano cogollero rosado que se esterilizó con radiación se modificó genéticamente para expresar una proteína fluorescente roja, lo que facilita el seguimiento de los investigadores.

El gusano de seda, la etapa de larva de Bombyx mori, es un insecto económicamente importante en la sericultura. Los científicos están desarrollando estrategias para mejorar la calidad y cantidad de la seda. También existe la posibilidad de utilizar la maquinaria de producción de seda para fabricar otras proteínas valiosas. Las proteínas actualmente desarrolladas para ser expresadas por gusanos de seda incluyen; albúmina sérica humana, cadena α de colágeno humano, anticuerpo monoclonal de ratón y N-glicanasa. Se han creado gusanos de seda que producen seda de araña, una seda más fuerte pero extremadamente difícil de cosechar, e incluso sedas novedosas.

Otro

Se han desarrollado sistemas para crear organismos transgénicos en una amplia variedad de otros animales. Los pollos han sido modificados genéticamente para una variedad de propósitos. Esto incluye estudiar el desarrollo del embrión, prevenir la transmisión de la gripe aviar y proporcionar conocimientos evolutivos utilizando ingeniería inversa para recrear fenotipos similares a los de los dinosaurios. Un pollo transgénico que produce el fármaco Kanuma, una enzima que trata una condición rara, en su huevo pasó la aprobación regulatoria de EE. UU. en 2015. Las ranas modificadas genéticamente, en particular Xenopus laevis y Xenopus tropicalis, se utilizan en la investigación de biología del desarrollo. Las ranas GM también se pueden usar como sensores de contaminación, especialmente para los químicos disruptores endocrinos.Hay propuestas para utilizar la ingeniería genética para controlar los sapos de caña en Australia.

El nematodo Caenorhabditis elegans es uno de los principales organismos modelo para la investigación en biología molecular. La interferencia de ARN (ARNi) se descubrió en C. elegans y podría inducirse simplemente alimentándolos con bacterias modificadas para expresar ARN de doble cadena. También es relativamente fácil producir nematodos transgénicos estables y esto, junto con RNAi, son las principales herramientas utilizadas para estudiar sus genes. El uso más común de los nematodos transgénicos ha sido el estudio de la expresión y localización génica mediante la unión de genes indicadores. Los transgenes también se pueden combinar con técnicas de ARNi para rescatar fenotipos, estudiar la función de los genes, obtener imágenes del desarrollo de células en tiempo real o controlar la expresión de diferentes tejidos o etapas de desarrollo.Los nematodos transgénicos se han utilizado para estudiar virus, toxicología, enfermedades y detectar contaminantes ambientales.

El gen responsable del albinismo en los pepinos de mar ha sido encontrado y utilizado para diseñar pepinos de mar blancos, un manjar raro. La tecnología también abre el camino para investigar los genes responsables de algunos de los rasgos más inusuales de los pepinos, como hibernar en verano, destripar sus intestinos y disolver sus cuerpos al morir. Los gusanos planos tienen la capacidad de regenerarse a partir de una sola célula. Hasta 2017 no había una forma efectiva de transformarlos, lo que dificultó la investigación. Mediante el uso de microinyección y radiación, los científicos ahora han creado los primeros platelmintos modificados genéticamente. El gusano de cerdas, un anélido marino, ha sido modificado. Es de interés por su ciclo reproductivo sincronizado con las fases lunares, capacidad de regeneración y lento ritmo de evolución.Cnidarios como Hydra y la anémona de mar Nematostella vectensis son organismos modelo atractivos para estudiar la evolución de la inmunidad y ciertos procesos de desarrollo. Otros animales que han sido modificados genéticamente incluyen caracoles, geckos, tortugas, cangrejos de río, ostras, camarones, almejas, orejas de mar y esponjas.

Regulación

Los organismos genéticamente modificados están regulados por agencias gubernamentales. Esto se aplica tanto a la investigación como a la liberación de organismos modificados genéticamente, incluidos cultivos y alimentos. El desarrollo de un marco regulatorio relacionado con la ingeniería genética comenzó en 1975, en Asilomar, California. La reunión de Asilomar recomendó un conjunto de pautas con respecto al uso cauteloso de la tecnología recombinante y cualquier producto resultante de esa tecnología. El Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad fue adoptado el 29 de enero de 2000 y entró en vigor el 11 de septiembre de 2003. Es un tratado internacional que rige la transferencia, manejo y uso de organismos genéticamente modificados. Ciento cincuenta y siete países son miembros del Protocolo y muchos lo utilizan como punto de referencia para sus propias regulaciones.

Las universidades y los institutos de investigación generalmente tienen un comité especial que es responsable de aprobar cualquier experimento que involucre ingeniería genética. Muchos experimentos también necesitan el permiso de un grupo regulador o legislación nacional. Todo el personal debe estar capacitado en el uso de OGM y todos los laboratorios deben obtener la aprobación de su agencia reguladora para trabajar con OGM. La legislación que cubre los OGM a menudo se deriva de las regulaciones y directrices vigentes para la versión del organismo que no es OGM, aunque son más estrictas.Existe un sistema casi universal para evaluar los riesgos relativos asociados con los OGM y otros agentes para el personal de laboratorio y la comunidad. Se asignan a una de cuatro categorías de riesgo según su virulencia, la gravedad de la enfermedad, el modo de transmisión y la disponibilidad de medidas preventivas o tratamientos. Hay cuatro niveles de bioseguridad en los que puede caer un laboratorio, que van desde el nivel 1 (que es adecuado para trabajar con agentes no asociados con enfermedades) hasta el nivel 4 (que trabaja con agentes potencialmente mortales). Los diferentes países usan una nomenclatura diferente para describir los niveles y pueden tener diferentes requisitos para lo que se puede hacer en cada nivel.

Existen diferencias en la regulación para la liberación de OGM entre países, y algunas de las diferencias más marcadas ocurren entre los EE. UU. y Europa. La regulación varía en un país dado dependiendo del uso previsto de los productos de la ingeniería genética. Por ejemplo, las autoridades responsables de la inocuidad de los alimentos generalmente no revisan un cultivo que no está destinado a uso alimentario. Algunas naciones han prohibido la liberación de OGM o han restringido su uso, y otras los permiten con grados de regulación muy diferentes. En 2016, treinta y ocho países prohíben o prohíben oficialmente el cultivo de OGM y nueve (Argelia, Bután, Kenia, Kirguistán, Madagascar, Perú, Rusia, Venezuela y Zimbabue) prohíben su importación.La mayoría de los países que no permiten el cultivo de OMG sí permiten la investigación con OMG. A pesar de la regulación, a veces se han producido liberaciones ilegales, debido a la debilidad de la aplicación.

La Unión Europea (UE) diferencia entre la aprobación para el cultivo dentro de la UE y la aprobación para la importación y procesamiento. Si bien solo unos pocos OGM han sido aprobados para el cultivo en la UE, varios OGM han sido aprobados para su importación y procesamiento. El cultivo de OMG ha desencadenado un debate sobre el mercado de OMG en Europa. Dependiendo de las normas de coexistencia, los incentivos para el cultivo de cultivos transgénicos difieren. La política estadounidense no se enfoca en el proceso tanto como otros países, analiza los riesgos científicos verificables y utiliza el concepto de equivalencia sustancial.Se debate si los organismos editados genéticamente deben regularse de la misma manera que los organismos modificados genéticamente. La normativa estadounidense los considera separados y no los regula en las mismas condiciones, mientras que en Europa un OMG es cualquier organismo creado mediante técnicas de ingeniería genética.

Uno de los temas clave que preocupan a los reguladores es si los productos GM deben etiquetarse. La Comisión Europea dice que el etiquetado obligatorio y la trazabilidad son necesarios para permitir una elección informada, evitar posibles publicidades falsas y facilitar la retirada de productos si se descubren efectos adversos para la salud o el medio ambiente. La Asociación Médica Estadounidense y la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia dicen que la falta de evidencia científica de daño, incluso el etiquetado voluntario, es engañoso y alarmará falsamente a los consumidores. El etiquetado de productos OMG en el mercado es obligatorio en 64 países. El etiquetado puede ser obligatorio hasta un umbral de contenido GM (que varía entre países) o voluntario. En Canadá y Estados Unidos, el etiquetado de los alimentos transgénicos es voluntario,mientras que en Europa todos los alimentos (incluidos los procesados) o los piensos que contengan más del 0,9 % de OMG aprobados deben etiquetarse. En 2014, las ventas de productos que habían sido etiquetados como no transgénicos crecieron un 30 por ciento a $1.1 mil millones.

Controversia

Existe controversia sobre los OGM, especialmente con respecto a su liberación fuera de los entornos de laboratorio. La disputa involucra a consumidores, productores, empresas de biotecnología, reguladores gubernamentales, organizaciones no gubernamentales y científicos. Muchas de estas preocupaciones involucran cultivos transgénicos y si los alimentos producidos a partir de ellos son seguros y qué impacto tendrá su cultivo en el medio ambiente. Estas controversias han dado lugar a litigios, disputas comerciales internacionales y protestas, y a la regulación restrictiva de productos comerciales en algunos países. La mayoría de las preocupaciones giran en torno a los efectos sobre la salud y el medio ambiente de los OMG. Estos incluyen si pueden provocar una reacción alérgica, si los transgenes podrían transferirse a las células humanas y si los genes no aprobados para el consumo humano podrían cruzarse con el suministro de alimentos.

Existe un consenso científico de que los alimentos actualmente disponibles derivados de cultivos GM no representan un mayor riesgo para la salud humana que los alimentos convencionales, pero que cada alimento GM debe probarse caso por caso antes de su introducción. No obstante, los miembros del público son mucho menos propensos que los científicos a percibir los alimentos GM como seguros. El estatus legal y regulatorio de los alimentos GM varía según el país, con algunas naciones prohibiéndolos o restringiéndolos, y otros permitiéndolos con grados de regulación muy diferentes.

Todavía en la década de 1990, se pensaba que el flujo de genes en las poblaciones silvestres era poco probable y raro, y si ocurriera, se erradicaría fácilmente. Se pensó que esto no agregaría costos o riesgos ambientales adicionales; no se esperaban efectos distintos a los ya causados ​​por las aplicaciones de pesticidas. Sin embargo, en las décadas posteriores, se han observado varios ejemplos de este tipo. El flujo de genes entre cultivos transgénicos y plantas compatibles, junto con un mayor uso de herbicidas de amplio espectro, puede aumentar el riesgo de poblaciones de malezas resistentes a los herbicidas. El debate sobre el alcance y las consecuencias del flujo de genes se intensificó en 2001 cuando se publicó un artículo que mostraba que se habían encontrado transgenes en variedades locales de maíz en México, el centro de diversidad del cultivo.Se ha encontrado que el flujo de genes de los cultivos GM a otros organismos es generalmente más bajo de lo que ocurriría naturalmente. Para abordar algunas de estas preocupaciones, se han desarrollado algunos OGM con características para ayudar a controlar su propagación. Para evitar que el salmón modificado genéticamente se reproduzca inadvertidamente con el salmón salvaje, todos los peces criados como alimento son hembras, triploides, el 99 % son reproductivamente estériles y se crían en áreas donde el salmón escapado no podría sobrevivir. Las bacterias también han sido modificadas para depender de nutrientes que no se encuentran en la naturaleza, y se ha desarrollado tecnología de restricción de uso genético, aunque aún no comercializada, que hace que la segunda generación de plantas GM sea estéril.

Otras preocupaciones ambientales y agronómicas incluyen una disminución de la biodiversidad, un aumento de plagas secundarias (plagas no objetivo) y la evolución de plagas de insectos resistentes. En las áreas de China y EE. UU. con cultivos Bt, la biodiversidad general de insectos ha aumentado y el impacto de las plagas secundarias ha sido mínimo. Se encontró que la resistencia evolucionaba lentamente cuando se seguían las estrategias de las mejores prácticas. El impacto de los cultivos Bt en organismos benéficos no objetivo se convirtió en un problema público después de que un artículo de 1999 sugiriera que podrían ser tóxicos para las mariposas monarca. Desde entonces, los estudios de seguimiento han demostrado que los niveles de toxicidad encontrados en el campo no eran lo suficientemente altos como para dañar a las larvas.

Las acusaciones de que los científicos están "jugando a ser Dios" y otras cuestiones religiosas se han atribuido a la tecnología desde el principio. Con la capacidad de modificar genéticamente a los humanos que ahora es posible, existen preocupaciones éticas sobre hasta dónde debería llegar esta tecnología, o si debería usarse en absoluto. Gran parte del debate gira en torno a dónde está la línea entre el tratamiento y la mejora y si las modificaciones deben ser heredables. Otras preocupaciones incluyen la contaminación del suministro de alimentos no modificados genéticamente, el rigor del proceso regulatorio, la consolidación del control del suministro de alimentos en las empresas que fabrican y venden OGM, la exageración de los beneficios de la modificación genética o las preocupaciones sobre el uso de herbicidas. con glifosato.Otros temas planteados incluyen el patentamiento de la vida y el uso de los derechos de propiedad intelectual.

Hay grandes diferencias en la aceptación de los transgénicos por parte de los consumidores, siendo más probable que los europeos vean los alimentos transgénicos de manera negativa que los norteamericanos. Los OMG aparecieron en escena cuando la confianza del público en la seguridad alimentaria, atribuida a recientes alarmas alimentarias como la encefalopatía espongiforme bovina y otros escándalos relacionados con la regulación gubernamental de productos en Europa, era baja. Esto, junto con las campañas realizadas por varias organizaciones no gubernamentales (ONG), ha tenido mucho éxito en bloquear o limitar el uso de cultivos transgénicos. ONG como la Asociación de Consumidores Orgánicos, la Unión de Científicos Preocupados, Greenpeace y otros grupos han dicho que los riesgos no se han identificado ni gestionado adecuadamente.y que hay preguntas sin respuesta con respecto al impacto potencial a largo plazo en la salud humana de los alimentos derivados de OGM. Proponen el etiquetado obligatorio o una moratoria de dichos productos.