Transgén

Un transgén es un gen que ha sido transferido naturalmente, o por cualquiera de una serie de técnicas de ingeniería genética, de un organismo a otro. La introducción de un transgén, en un proceso conocido como transgénesis, tiene el potencial de cambiar el fenotipo de un organismo. Transgéndescribe un segmento de ADN que contiene una secuencia de genes que se ha aislado de un organismo y se introduce en un organismo diferente. Este segmento no nativo de ADN puede retener la capacidad de producir ARN o proteína en el organismo transgénico o alterar la función normal del código genético del organismo transgénico. En general, el ADN se incorpora a la línea germinal del organismo. Por ejemplo, en vertebrados superiores esto se puede lograr inyectando el ADN extraño en el núcleo de un óvulo fertilizado. Esta técnica se utiliza habitualmente para introducir genes de enfermedades humanas u otros genes de interés en cepas de ratones de laboratorio para estudiar la función o patología relacionada con ese gen en particular.

La construcción de un transgén requiere el ensamblaje de algunas partes principales. El transgén debe contener un promotor, que es una secuencia reguladora que determinará dónde y cuándo está activo el transgén, un exón, una secuencia de codificación de proteína (normalmente derivada del ADNc de la proteína de interés) y una secuencia de parada. Éstos se combinan típicamente en un plásmido bacteriano y las secuencias de codificación se eligen típicamente de transgenes con funciones previamente conocidas.

Los organismos transgénicos o genéticamente modificados, ya sean bacterias, virus u hongos, sirven para muchos propósitos de investigación. Se han criado plantas transgénicas, insectos, peces y mamíferos (incluidos los humanos). Las plantas transgénicas como el maíz y la soja han reemplazado a las cepas silvestres en la agricultura de algunos países (por ejemplo, Estados Unidos). El escape de transgenes ha sido documentado para cultivos OGM desde 2001 con persistencia e invasividad. Los organismos transgenéticos plantean cuestiones éticas y pueden causar problemas de bioseguridad.

Historia

La idea de dar forma a un organismo para que se ajuste a una necesidad específica no es una ciencia nueva. Sin embargo, hasta finales de 1900, los agricultores y los científicos podían generar nuevas cepas de una planta u organismo solo a partir de especies estrechamente relacionadas, porque el ADN tenía que ser compatible para que la descendencia pudiera reproducirse en otra generación.

En las décadas de 1970 y 1980, los científicos superaron este obstáculo al inventar procedimientos para combinar el ADN de dos especies muy diferentes con ingeniería genética. Los organismos producidos por estos procedimientos se denominaron transgénicos. La transgénesis es lo mismo que la terapia génica en el sentido de que ambas transforman las células para un propósito específico. Sin embargo, son completamente diferentes en sus propósitos, ya que la terapia génica tiene como objetivo curar un defecto en las células y la transgénesis busca producir un organismo modificado genéticamente incorporando el transgén específico en cada célula y cambiando el genoma. Por lo tanto, la transgénesis cambiará las células germinales, no solo las células somáticas, para garantizar que los transgenes se transmitan a la descendencia cuando los organismos se reproduzcan. Los transgenes alteran el genoma bloqueando la función de un gen huésped;

El primer organismo transgénico fue creado en 1974 cuando Annie Chang y Stanley Cohen expresaron genes de Staphylococcus aureus en Escherichia coli. En 1978, las células de levadura fueron los primeros organismos eucariotas en someterse a la transferencia de genes.Las células de ratón se transformaron por primera vez en 1979, seguidas de embriones de ratón en 1980. La mayoría de las primeras transmutaciones se realizaron mediante microinyección de ADN directamente en las células. Los científicos pudieron desarrollar otros métodos para realizar las transformaciones, como incorporar transgenes en retrovirus y luego infectar células, usar electroinfusión que aprovecha una corriente eléctrica para pasar ADN extraño a través de la pared celular, biolística, que es el procedimiento de disparar balas de ADN. en las células, y también entregando ADN al óvulo que acaba de ser fertilizado.

Los primeros animales transgénicos solo estaban destinados a la investigación genética para estudiar la función específica de un gen y, para 2003, se habían estudiado miles de genes.

Uso en plantas

Se ha diseñado una variedad de plantas transgénicas para la agricultura para producir cultivos modificados genéticamente, como maíz, soja, aceite de colza, algodón, arroz y más. A partir de 2012, estos cultivos transgénicos se plantaron en 170 millones de hectáreas en todo el mundo.

Arroz dorado

Un ejemplo de una especie de planta transgénica es el arroz dorado. En 1997, cinco millones de niños desarrollaron xeroftalmía, una condición médica causada por la deficiencia de vitamina A, solo en el sudeste asiático. De esos niños, un cuarto de millón quedaron ciegos. Para combatir esto, los científicos utilizaron la biolística para insertar el gen de la fitoeno sintasa del narciso en los cultivares de arroz autóctonos de Asia. La inserción de narcisos aumentó la producción de β-caroteno. El producto fue una especie de arroz transgénico rico en vitamina A, llamado arroz dorado. Poco se sabe sobre el impacto del arroz dorado en la xeroftalmía porque las campañas anti-OGM han impedido la liberación comercial completa del arroz dorado en los sistemas agrícolas que lo necesitan.

Escape transgénico

El escape de genes de plantas modificados genéticamente a través de la hibridación con parientes silvestres se discutió y examinó por primera vez en México y Europa a mediados de la década de 1990. Hay acuerdo en que el escape de los transgenes es inevitable, incluso "alguna prueba de que está sucediendo". Hasta 2008 había pocos casos documentados.

Maíz

El maíz muestreado en 2000 de la Sierra Juárez, Oaxaca, México contenía un promotor transgénico 35S, mientras que una muestra grande tomada por un método diferente de la misma región en 2003 y 2004 no lo contenía. Una muestra de otra región de 2002 tampoco lo hizo, pero las muestras dirigidas tomadas en 2004 sí lo hicieron, lo que sugiere la persistencia o reintroducción del transgen. Un estudio de 2009 encontró proteínas recombinantes en el 3,1 % y el 1,8 % de las muestras, más comúnmente en el sureste de México. La importación de semillas y granos de los Estados Unidos podría explicar la frecuencia y distribución de los transgenes en el centro-oeste de México, pero no en el sureste. Además, el 5.0% de los lotes de semillas de maíz en las existencias de maíz mexicano expresaron proteínas recombinantes a pesar de la moratoria sobre cultivos transgénicos.

Algodón

En 2011, se encontró algodón transgénico en México entre algodón silvestre, luego de 15 años de cultivo de algodón transgénico.

Colza (canola)

La colza transgénica Brassicus napus, hibridada con una especie japonesa nativa Brassica rapa, se encontró en Japón en 2011 después de haber sido identificada en 2006 en Québec, Canadá. Fueron persistentes durante un período de estudio de 6 años, sin presión de selección de herbicidas y a pesar de la hibridación con la forma silvestre. Este fue el primer informe de la introgresión (la incorporación estable de genes de un acervo genético a otro) de un transgén de resistencia a herbicidas de Brassica napus al acervo genético de forma silvestre.

Bentgrass rastrero

El bentgrass rastrero transgénico, diseñado para ser tolerante al glifosato como "uno de los primeros cultivos transgénicos polinizados por el viento, perennes y altamente cruzados", se plantó en 2003 como parte de una gran prueba de campo (alrededor de 160 ha) en el centro de Oregón, cerca de Madrás., Oregón. En 2004, se descubrió que su polen había llegado a poblaciones silvestres de bentgrass a una distancia de hasta 14 kilómetros. Incluso se encontró Agrostis gigantea de polinización cruzada a una distancia de 21 kilómetros. El productor, Scotts Company, no pudo eliminar todas las plantas modificadas genéticamente y, en 2007, el Departamento de Agricultura de EE. UU. multó a Scotts con 500.000 dólares por incumplimiento de las normas.

Evaluación de riesgos

Se ha demostrado que la vigilancia y el control a largo plazo de un transgén particular no son factibles. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria publicó una guía para la evaluación de riesgos en 2010.

Uso en ratones

Los ratones genéticamente modificados son el modelo animal más común para la investigación transgénica. Los ratones transgénicos se están utilizando actualmente para estudiar una variedad de enfermedades, como el cáncer, la obesidad, las enfermedades cardíacas, la artritis, la ansiedad y la enfermedad de Parkinson.Los dos tipos más comunes de ratones modificados genéticamente son los ratones knockout y los oncomice. Los ratones knockout son un tipo de modelo de ratón que utiliza la inserción transgénica para alterar la expresión de un gen existente. Para crear ratones knockout, se inserta un transgén con la secuencia deseada en un blastocisto de ratón aislado mediante electroporación. Entonces, la recombinación homóloga ocurre naturalmente dentro de algunas células, reemplazando el gen de interés con el transgén diseñado. A través de este proceso, los investigadores pudieron demostrar que un transgén puede integrarse en el genoma de un animal, cumplir una función específica dentro de la célula y transmitirse a las generaciones futuras.

Los oncomice son otra especie de ratón modificada genéticamente creada mediante la inserción de transgenes que aumentan la vulnerabilidad del animal al cáncer. Los investigadores del cáncer utilizan oncomice para estudiar los perfiles de diferentes tipos de cáncer con el fin de aplicar este conocimiento a los estudios en humanos.

Uso en Drosophila

Se han realizado múltiples estudios sobre la transgénesis en Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta. Este organismo ha sido un modelo genético útil durante más de 100 años, debido a su patrón de desarrollo bien conocido. La transferencia de transgenes al genoma de Drosophila se ha realizado utilizando varias técnicas, incluidas la inserción del elemento P, Cre-loxP y ΦC31. El método más practicado utilizado hasta ahora para insertar transgenes en Drosophilael genoma utiliza elementos P. Los elementos P transponibles, también conocidos como transposones, son segmentos de ADN bacteriano que se translocan en el genoma, sin la presencia de una secuencia complementaria en el genoma del huésped. Los elementos P se administran en pares de dos, que flanquean la región de inserción de ADN de interés. Además, los elementos P a menudo constan de dos componentes plasmídicos, uno conocido como transposasa del elemento P y el otro, la columna vertebral del transposón P. La porción del plásmido transposasa impulsa la transposición del esqueleto del transposón P, que contiene el transgén de interés y, a menudo, un marcador, entre los dos sitios terminales del transposón. El éxito de esta inserción da como resultado la adición irreversible del transgén de interés en el genoma. Si bien este método ha demostrado su eficacia,Genoma de Drosófila.

Para mejorar la localización y precisión del proceso transgénico, se ha introducido una enzima conocida como Cre. Cre ha demostrado ser un elemento clave en un proceso conocido como intercambio de cassettes mediado por recombinación (RMCE). Si bien ha demostrado tener una menor eficiencia de transformación transgénica que las transposasas del elemento P, Cre reduce en gran medida la abundancia de mano de obra para equilibrar las inserciones aleatorias de P. Cre ayuda en la transgénesis dirigida del segmento del gen de ADN de interés, ya que respalda el mapeo de los sitios de inserción del transgén, conocidos como sitios loxP. Estos sitios, a diferencia de los elementos P, se pueden insertar específicamente para flanquear un segmento cromosómico de interés, lo que ayuda en la transgénesis dirigida. La transposasa Cre es importante en la escisión catalítica de los pares de bases presentes en los sitios loxP cuidadosamente posicionados,

Para superar las limitaciones y los bajos rendimientos que producen los métodos de transformación mediada por transposones y Cre-loxP, se ha utilizado recientemente el bacteriófago ΦC31. Recientes estudios innovadores implican la microinyección de la integrasa del bacteriófago ΦC31, que muestra una inserción transgénica mejorada de fragmentos de ADN grandes que no pueden transponerse solo con elementos P. Este método implica la recombinación entre un sitio de unión (attP) en el fago y un sitio de unión en el genoma del huésped bacteriano (attB). En comparación con los métodos habituales de inserción de transgenes de elementos P, ΦC31 integra el vector transgénico completo, incluidas las secuencias bacterianas y los genes de resistencia a los antibióticos. Desafortunadamente, se ha encontrado que la presencia de estas inserciones adicionales afecta el nivel y la reproducibilidad de la expresión transgénica.

Uso en ganadería y acuicultura

Una aplicación agrícola es criar animales de forma selectiva para rasgos particulares: se ha producido ganado transgénico con un fenotipo muscular aumentado mediante la sobreexpresión de un ARN de horquilla corta con homología con el ARNm de miostatina utilizando ARN de interferencia. Los transgenes se están utilizando para producir leche con altos niveles de proteínas o seda a partir de la leche de las cabras. Otra aplicación agrícola es la cría selectiva de animales resistentes a enfermedades o animales para producción biofarmacéutica.

Potencial futuro

La aplicación de transgenes es un área de rápido crecimiento de la biología molecular. A partir de 2005 se predijo que en las próximas dos décadas se generarán 300.000 líneas de ratones transgénicos. Los investigadores han identificado muchas aplicaciones para los transgenes, particularmente en el campo de la medicina. Los científicos se están enfocando en el uso de transgenes para estudiar la función del genoma humano a fin de comprender mejor las enfermedades, adaptar órganos animales para trasplantarlos a humanos y producir productos farmacéuticos como la insulina, la hormona del crecimiento y los factores anticoagulantes de la sangre. de la leche de vacas transgénicas.

A partir de 2004 había cinco mil enfermedades genéticas conocidas, y el potencial para tratar estas enfermedades utilizando animales transgénicos es, quizás, una de las aplicaciones más prometedoras de los transgenes. Existe la posibilidad de usar la terapia génica humana para reemplazar un gen mutado con una copia no mutada de un transgén para tratar el trastorno genético. Esto se puede hacer mediante el uso de Cre-Lox o knockout. Además, se están estudiando los trastornos genéticos mediante el uso de ratones, cerdos, conejos y ratas transgénicos. Se han creado conejos transgénicos para estudiar las arritmias cardíacas hereditarias, ya que el corazón del conejo se parece mucho más al corazón humano en comparación con el del ratón. Más recientemente, los científicos también han comenzado a utilizar cabras transgénicas para estudiar trastornos genéticos relacionados con la fertilidad.

Pueden usarse transgenes para xenotrasplantes de órganos de cerdo. A través del estudio del rechazo de xenoórganos, se encontró que ocurre un rechazo agudo del órgano trasplantado al contacto del órgano con la sangre del receptor debido al reconocimiento de anticuerpos extraños en las células endoteliales del órgano trasplantado. Los científicos han identificado el antígeno en cerdos que provoca esta reacción y, por lo tanto, pueden trasplantar el órgano sin un rechazo inmediato mediante la eliminación del antígeno. Sin embargo, el antígeno comienza a expresarse más tarde y se produce el rechazo. Por lo tanto, se están realizando más investigaciones. Microorganismos transgénicos capaces de producir proteínas catalíticas o enzimas que aumentan la velocidad de las reacciones industriales.

Controversia ética

Actualmente, el uso de transgenes en humanos está plagado de problemas. La transformación de genes en células humanas aún no se ha perfeccionado. El ejemplo más famoso de esto involucró a ciertos pacientes que desarrollaron leucemia de células T después de haber sido tratados por inmunodeficiencia combinada severa ligada al cromosoma X (X-SCID). Esto se atribuyó a la proximidad del gen insertado al promotor LMO2, que controla la transcripción del protooncogén LMO2.