Un organismo modificado genéticamente ( OMG ) 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 modificados genéticamente (GM), desde animales hasta plantas y microorganismos. Se han transferido genes 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 genéticamente modificado en 1973, una bacteria resistente al antibiótico kanamicina . El primer animal modificado genéticamente , un ratón, fue creado en 1974 por Rudolf Jaenisch , y la primera planta se produjo en 1983. En 1994 se lanzó el tomate Flavr Savr , el primer alimento modificado genéticamente comercializado . El primer animal modificado genéticamente que se comercializó fue el GloFish (2003) y el primer animal modificado genéticamente que se aprobó para uso alimentario fue el salmón AquAdvantage en 2015.
Las bacterias son los organismos más fáciles de diseñar y se han utilizado para la investigación, la producción de alimentos, la purificación de proteínas industriales (incluidas las drogas), la agricultura y el arte. Existe la posibilidad de utilizarlos con fines ambientales, o como medicina. Los hongos se han diseñado 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 se han diseñado para la investigación científica, para crear nuevos colores en las plantas, administrar vacunas y crear cultivos mejorados. Los cultivos genéticamente modificados son públicamente los OMG más controvertidos. 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 los biorreactores para la producción de biofármacos , biocombustibles o medicamentos.
Por lo general, los animales son 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 seres humanos, por lo que los que han sido 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 contrapartes 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 genéticamente modificados se utilizan para la investigación científica, como mascotas y como fuente de alimento. Se ha propuesto la ingeniería genética como una forma de controlar los mosquitos, un vector de muchas enfermedades mortales. Aunque la terapia génica humana es todavía relativamente nueva, se ha utilizado para tratar trastornos genéticos como la inmunodeficiencia combinada grave y la amaurosis congénita de Leber .
Se han planteado muchas objeciones sobre el desarrollo de 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 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 riesgo mayor para la salud humana que los alimentos convencionales, la seguridad alimentaria transgénica 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. Las cuestiones clave relativas a los reguladores incluyen si los alimentos transgénicos deben etiquetarse y el estado de los organismos editados genéticamente.
Definición
Lo que constituye un organismo modificado genéticamente (OMG) no siempre está claro y puede variar ampliamente. En su forma más amplia, puede incluir cualquier cosa que tenga sus genes alterados, incluso por naturaleza. [1] [2] Desde un punto de vista menos amplio, puede abarcar todos los organismos cuyos genes hayan sido alterados por humanos, lo que incluiría todos los cultivos y el ganado. En 1993, la Enciclopedia Británica definió la ingeniería genética como "cualquiera de una amplia gama de técnicas ... entre ellas la inseminación artificial , la fertilización in vitro ( por ejemplo , bebés de" probeta "), los bancos de esperma , la clonación y la manipulación genética. [3] La Unión Europea (UE) incluyó una definición igualmente amplia en las primeras revisiones, mencionando específicamente que los OMG se producen mediante " cría selectiva y otros medios de selección artificial". [4] Posteriormente excluyeron la reproducción tradicional, la fertilización in vitro, la inducción de poliploidía , la mutagénesis y las técnicas de fusión celular que no utilizan ácidos nucleicos recombinantes o un organismo modificado genéticamente en el proceso. [5]
Una definición más restringida proporcionada por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación , la Organización Mundial de la Salud y la Comisión Europea dice que los organismos deben ser alterados de una manera que "no ocurra naturalmente por apareamiento y / o recombinación natural ". [6] [7] [8] Hay ejemplos de cultivos que se ajustan a esta definición, pero que normalmente no se consideran OMG. [9] Por ejemplo, el triticale del cultivo de cereales se desarrolló completamente en un laboratorio en 1930 utilizando varias técnicas para alterar su genoma. [10] El Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad de 2000 utilizó el sinónimo de organismo vivo modificado ( OVM ) y lo definió como "cualquier organismo vivo que posea una combinación novedosa de material genético obtenido mediante el uso de biotecnología moderna". [11] 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 fusión de células más allá de la familia taxonómica". [12]
Organismo modificado genéticamente (GEO) puede considerarse un término más preciso en comparación con OMG cuando se describen los genomas de organismos que han sido manipulados directamente con biotecnología. [13] El término OGM no fue utilizado originalmente por los científicos para describir organismos modificados genéticamente hasta que el uso de OGM se hizo común en los medios de comunicación populares. [14] 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 recombinante. Técnicas de ADN , como la transgénesis . [15]
Las definiciones se centran en el proceso más que en el producto, lo que significa que podría haber OMG y no OMG con genotipos y fenotipos muy similares. [16] [17] Esto ha llevado a los científicos a etiquetarlo como una categoría científicamente sin sentido, [18] diciendo que es imposible agrupar todos los diferentes tipos de OMG en una definición común. [19] También ha causado problemas a las instituciones y grupos orgánicos que buscan prohibir los OGM. [20] [21] 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 son OGM. La UE ha dictaminado que están [22] cambiando su definición de OMG para incluir "organismos obtenidos por mutagénesis". [23] En contraste, el USDA ha dictaminado que los organismos editados genéticamente no se consideran OGM. [24]
Producción
La creación de un organismo modificado genéticamente (OMG) 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 [25] o sintetizarse artificialmente . [26] Si el gen elegido o el genoma del organismo donante se ha estudiado bien, es posible que ya sea accesible desde una biblioteca genética . Luego, el gen se combina con otros elementos genéticos, que incluyen una región promotora y terminadora y un marcador seleccionable . [27]
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 por exposición al calor o electroporación . [28] 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 . [29] En las plantas, el ADN a menudo se inserta mediante recombinación mediada por Agrobacterium , [30] [31] biolística [32] o electroporación.
Como solo una sola célula se transforma con material genético, el organismo debe regenerarse a partir de esa única célula. En las plantas, esto se logra mediante el cultivo de tejidos . [33] [34] En los animales, es necesario asegurarse de que el ADN insertado esté presente en las células madre embrionarias . [30] Se realizan más pruebas mediante PCR , hibridación Southern y secuenciación de ADN para confirmar que un organismo contiene el nuevo gen. [35]
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 bicatenarias y se aprovechan de 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 modificadas genéticamente : meganucleasas , [36] [37] nucleasas con dedos de zinc , [38] [39] nucleasas efectoras de tipo activador de la transcripción (TALEN), [40] [41] y el sistema Cas9-guideRNA (adaptado de CRISPR). [42] [43] TALEN y CRISPR son los dos más utilizados y cada uno tiene sus propias ventajas. [44] Los TALEN tienen una mayor especificidad de objetivo, mientras que CRISPR es más fácil de diseñar y más eficiente. [44]
Historia
Los seres humanos han domesticado plantas y animales desde alrededor del año 12, 000 a. C., utilizando la cría selectiva o la selección artificial (en contraste con la selección natural ). [45] : 25 El proceso de cría selectiva , en el que los organismos con los rasgos deseados (y por lo tanto con los genes deseados ) se utilizan para criar la próxima generación y los organismos que carecen del rasgo no se crían, es un precursor del concepto moderno de genética. modificación. [46] : 1 [47] : 1 Varios avances en la 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 . [48] [49]
Herbert Boyer y Stanley Cohen crearon el primer organismo genéticamente modificado en 1973. [50] 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. Las bacterias que habían incorporado con éxito el plásmido pudieron sobrevivir en presencia de kanamicina. [51] 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 . [52]
En 1974, Rudolf Jaenisch creó un ratón transgénico introduciendo ADN extraño en su embrión, convirtiéndolo en el primer animal transgénico del mundo. [53] [54] Sin embargo, pasaron otros ocho años antes de que se desarrollaran ratones transgénicos que transmitieran el transgén a su descendencia. [55] [56] En 1984 se crearon ratones genéticamente modificados que portaban oncogenes clonados , lo que los predisponía a desarrollar cáncer. [57] Los ratones con genes eliminados (denominados ratón knockout ) se crearon en 1989. El primer ganado transgénico se produjo en 1985 [58] y el primer animal en sintetizar proteínas transgénicas en su leche fueron los ratones en 1987. [59] Los ratones fueron diseñados para producir el activador del plasminógeno tisular humano , una proteína involucrada en la descomposición de los coágulos sanguíneos . [60]
En 1983, la primera planta modificada genéticamente fue desarrollada por Michael W. Bevan , Richard B. Flavell y Mary-Dell Chilton . 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. [61] La pistola genética se inventó en 1987, permitiendo la transformación de plantas no susceptibles a la infección por Agrobacterium . [62] En 2000, el arroz dorado enriquecido con vitamina A fue la primera planta desarrollada con mayor valor nutritivo. [63]
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. [64] La insulina producida por bacterias, humulina de marca , fue aprobada para su liberación por la Administración de Drogas y Alimentos en 1982. [65] En 1988 se produjeron los primeros anticuerpos humanos en plantas . [66] En 1987, una cepa de Pseudomonas syringae se convirtió en el primer organismo genéticamente modificado que se liberó al medio ambiente [67] cuando se roció con él un campo de fresas y papas en California. [68]
El primer cultivo genéticamente modificado , una planta de tabaco resistente a los antibióticos, se produjo en 1982. [69] China fue el primer país en comercializar plantas transgénicas, introduciendo un tabaco resistente a virus en 1992. [70] En 1994 Calgene obtuvo la aprobación comercial lanza el tomate Flavr Savr , el primer alimento modificado genéticamente . [71] También en 1994, la Unión Europea aprobó el tabaco modificado para que sea resistente al herbicida bromoxinil , lo que lo convierte en el primer cultivo modificado genéticamente comercializado en Europa. [72] Se aprobó la liberación de una papa resistente a insectos en los EE. UU. En 1995, [73] 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. [74]
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 . [75] [76]
El primer animal genéticamente modificado que se comercializó fue el GloFish , un pez cebra al que se le ha añadido un gen fluorescente que le permite brillar en la oscuridad bajo luz ultravioleta . [77] Fue lanzado al mercado estadounidense en 2003. [78] En 2015, el salmón AquAdvantage se convirtió en el primer animal genéticamente modificado en ser aprobado para uso alimentario. [79] La aprobación es para el pescado criado en Panamá y vendido en los Estados Unidos. [79] El salmón se transformó con un gen regulador de la hormona del crecimiento de un salmón Chinook del Pacífico y un promotor de un puchero oceánico que le permitió crecer durante todo el año en lugar de solo durante la primavera y el verano. [80]
Bacterias
Derecha: Bacterias transformadas con pGLO visualizadas bajo luz ultravioleta
Las bacterias fueron los primeros organismos en ser modificados genéticamente en el laboratorio, debido a la relativa facilidad para modificar sus cromosomas. [81] Esta facilidad los convirtió en herramientas importantes para la creación de otros OMG. 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 pueden almacenarse 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. [82] Una gran cantidad de plásmidos personalizados hacen que la manipulación del ADN extraído de bacterias sea relativamente fácil. [83]
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 bacterias, y la mayor parte de nuestra comprensión temprana de la biología molecular proviene del estudio de Escherichia coli . [84] 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 han combinado los genes de bacterias y arqueas , lo que ha llevado a comprender cómo estos dos divergieron en el pasado. [85] En el campo de la biología sintética , se han utilizado para probar varios enfoques sintéticos, desde sintetizar genomas hasta crear nuevos nucleótidos . [86] [87] [88]
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 utilizar para producir enzimas , aminoácidos , aromatizantes 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 se ha dirigido la mayor parte de la investigación sobre bacterias productoras de alimentos mediante ingeniería genética. 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 . [89] Los productos alimenticios de bacterias genéticamente modificadas 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. [90] 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. [91]
Las bacterias genéticamente modificadas se utilizan para producir grandes cantidades de proteínas para uso industrial. Generalmente, las bacterias crecen hasta un gran volumen antes de que se active el gen que codifica la proteína. A continuación, se recolectan las bacterias y se purifica la proteína deseada a partir de ellas. [92] El alto costo de extracción y purificación ha significado que solo se hayan producido productos de alto valor a escala industrial. [93] La mayoría de estos productos son proteínas humanas para uso médico. [94] Muchas de estas proteínas son imposibles o difíciles de obtener mediante métodos naturales y es menos probable que estén contaminadas con patógenos, lo que las hace más seguras. [92] El primer uso medicinal de las bacterias transgénicas fue producir la proteína insulina para tratar la diabetes . [95] Otros medicamentos producidos incluyen factores de coagulación para tratar la hemofilia , [96] hormona del crecimiento humano para tratar diversas formas de enanismo , [97] [98] interferón para tratar algunos cánceres, eritropoyetina para pacientes anémicos y activador del plasminógeno tisular que disuelve la sangre coágulos [92] Fuera de la medicina, se han utilizado para producir biocombustibles . [99] Existe interés en desarrollar un sistema de expresión extracelular dentro de las bacterias para reducir costos y hacer que la producción de más productos sea económica. [93]
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, por 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 . Uno de los objetivos de la investigación es modificar Lactobacillus , una bacteria que de forma natural proporciona cierta protección contra el VIH , con genes que mejorarán aún más esta protección. Si las bacterias no forman colonias dentro del paciente, la persona debe ingerir repetidamente las bacterias modificadas 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, se están realizando ensayos clínicos que prueban la eficacia y seguridad de estos tratamientos. [100]
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 para permitir su cultivo 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 ampliar la gama de huéspedes. También se han agregado marcadores para ayudar a rastrear la propagación de la bacteria. Las bacterias que colonizan naturalmente ciertos cultivos también se han modificado, en algunos casos para expresar los genes Bt responsables de la resistencia a las plagas. Las cepas de bacterias Pseudomonas causan daño por heladas al nuclear el agua en cristales de hielo a su alrededor. Esto condujo al desarrollo de bacterias sin hielo , a las que se les eliminan 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. [101]
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 que se utilizan para degradar una toxina o hacer que las bacterias sean más estables en condiciones ambientales. [102] 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 código binario y luego en una secuencia de ADN, que luego se expresó en Escherichia coli . [103] Esto dio un paso más en 2012, cuando un libro completo se codificó en ADN. [104] También se han producido pinturas utilizando bacterias transformadas con proteínas fluorescentes. [103]
Virus
Los virus a menudo se modifican para que puedan usarse como vectores para insertar información genética en otros organismos. Este proceso se llama transducción y, si tiene éxito, el receptor del ADN introducido se convierte en un OMG. Los diferentes virus tienen diferentes eficiencias y capacidades. Los investigadores pueden usar esto para controlar varios factores; incluida la ubicación de destino, el tamaño de la inserción y la duración de la expresión génica. Se deben eliminar todas las secuencias peligrosas inherentes al virus, mientras que se conservan las que permiten que el gen se entregue de forma eficaz. [105]
Si bien los vectores virales pueden usarse para insertar ADN en casi cualquier organismo, es especialmente relevante por su potencial en el tratamiento de enfermedades humanas. Aunque principalmente todavía se encuentra en las etapas de prueba, [106] ha habido algunos éxitos en el uso de la terapia génica para reemplazar los genes defectuosos. Esto es más evidente en la curación de pacientes con inmunodeficiencia combinada grave que surge de una deficiencia de adenosina desaminasa (ADA-SCID), [107] aunque el desarrollo de leucemia en algunos pacientes con ADA-SCID [108] junto con la muerte de Jesse Gelsinger en un ensayo de 1999 retrasó el desarrollo de este enfoque durante muchos años. [109] En 2009 se logró otro avance cuando un niño de ocho años con amaurosis congénita de Leber recuperó la vista normal [109] y en 2016 GlaxoSmithKline obtuvo la aprobación para comercializar un tratamiento de terapia génica para ADA-SCID. [107] A partir de 2018, hay una cantidad sustancial de ensayos clínicos en curso, que incluyen tratamientos para la hemofilia , el glioblastoma , la enfermedad granulomatosa crónica , la fibrosis quística y varios cánceres . [108]
El virus más común utilizado para la administración 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 proporcionan expresión a corto plazo. . Otros vectores comunes son los virus adenoasociados , que tienen menor toxicidad y expresión a más largo plazo, pero solo pueden transportar aproximadamente 4 kb de ADN. [108] Los virus del herpes simple son vectores prometedores, tienen una capacidad de carga de más de 30 kb y proporcionan expresión a largo plazo, aunque son menos eficientes en la entrega de genes que otros vectores. [110] Los mejores vectores para la integración a largo plazo del gen en el genoma del 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 a las células en división como a las que no se dividen, mientras que los retrovirus solo se dirigen a las células en división. Otros virus que se han utilizado como vectores incluyen alfavirus , flavivirus , virus del sarampión , rabdovirus , virus de la enfermedad de Newcastle , poxvirus y picornavirus . [108]
La mayoría de las vacunas consisten en virus que han sido atenuados , desactivados, debilitados o eliminados de alguna manera, de modo que sus propiedades virulentas ya no son efectivas. Teóricamente, la ingeniería genética podría usarse para crear virus con los genes virulentos eliminados. Esto no afecta la infectividad del 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. [111] Otro enfoque potencial es utilizar vectores para crear nuevas vacunas para enfermedades que no tienen vacunas disponibles o las vacunas que no funcionan eficazmente, como el SIDA , la malaria y la tuberculosis . [112] La vacuna más eficaz contra la tuberculosis, la vacuna Bacillus Calmette-Guérin (BCG) , solo proporciona una protección parcial. Una vacuna modificada que expresa un antígeno de M. tuberculosis puede mejorar la protección BCG. [113] Se ha demostrado que su uso es seguro en los ensayos de fase II , aunque no es tan eficaz como se esperaba inicialmente. [114] Ya se han aprobado otras vacunas basadas en vectores y se están desarrollando muchas más. [112]
Otro uso potencial de los virus modificados genéticamente es alterarlos para que puedan tratar directamente enfermedades. Esto puede ser mediante la expresión de proteínas protectoras o dirigiéndose directamente a las células infectadas. En 2004, los investigadores informaron que un virus modificado genéticamente que explota el comportamiento egoísta de las células cancerosas podría ofrecer una forma alternativa de matar tumores. [115] [116] Desde entonces, varios investigadores han desarrollado virus oncolíticos modificados genéticamente que parecen prometedores como tratamientos para varios tipos de cáncer . [117] [118] [119] [120] [121] 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. [122]
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 que sobreviven se vuelven resistentes, lo que lleva a los investigadores a buscar métodos alternativos. En el laboratorio se han creado virus genéticamente modificados que hacen infértiles a los animales diana mediante inmunocontracepción [123] , así como otros que se dirigen a la etapa de desarrollo del animal. [124] Existe preocupación con el uso de este enfoque con respecto a la contención del virus [123] y la infección entre especies. [125] A veces, el mismo virus puede modificarse con fines 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 la especie ibérica 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 reducir la fertilidad en la población de conejos australianos. [126]
Fuera de la biología, los científicos han utilizado un virus modificado genéticamente 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 presentación 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 , nanorings y nanofibras . [127] La batería se fabricó mediante ingeniería de bacterias 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 conductor para su uso 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. [128]
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 proteicas avanzadas que se encuentran en los eucariotas . Se pueden usar para producir grandes moléculas complejas para su uso en alimentos, productos farmacéuticos, hormonas y esteroides. [129] La levadura es importante para la producción de vino y, a partir de 2016, se han comercializado en Estados Unidos y Canadá dos levaduras modificadas genéticamente que intervienen en la fermentación del vino. Uno ha aumentado la eficiencia de la fermentación maloláctica , mientras que el otro previene la producción de compuestos de carbamato de etilo peligrosos durante la fermentación. [89] También ha habido avances en la producción de biocombustible a partir de hongos modificados genéticamente. [130]
Los hongos, que son los patógenos más comunes de los insectos, son bioplaguicidas atractivos . A diferencia de las bacterias y los virus, tienen la ventaja de infectar a los insectos solo por contacto, aunque no compiten en eficiencia con los pesticidas químicos . La ingeniería genética puede mejorar la virulencia, generalmente agregando proteínas más virulentas, [131] aumentando la tasa de infección o mejorando la persistencia de las esporas . [132] 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 matarlos se convierte en un acto de equilibrio antes de que el Plasmodium que portan se convierta en la enfermedad infecciosa, pero no tan rápido como para que se vuelvan resistentes a los hongos. Mediante la ingeniería genética de hongos como Metarhizium anisopliae y Beauveria bassiana para retrasar el desarrollo de la infecciosidad por mosquitos, se reduce la presión de selección para desarrollar resistencia. [133] Otra estrategia es agregar proteínas a los hongos que bloquean la transmisión de la malaria [133] o eliminar el Plasmodium por completo. [134]
Un hongo ha sido modificado genéticamente para resistir el pardeamiento, lo que le da una vida útil más larga . El proceso utilizó CRISPR para anular 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 en ser aprobado para su lanzamiento. [135] Esto ha intensificado los debates sobre si los organismos editados genéticamente deberían considerarse organismos modificados genéticamente [136] y cómo deberían reglamentarse. [137]
Plantas
Las plantas se han diseñado para la investigación científica, para mostrar nuevos colores de flores, administrar vacunas y crear cultivos mejorados. Muchas plantas son pluripotentes , lo que significa que se puede cosechar una sola célula de una planta madura y, en las condiciones adecuadas, se puede convertir en una nueva planta. Los ingenieros genéticos pueden aprovechar esta capacidad; Al seleccionar las 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 . [138]
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 vegetales para una amplia gama de plantas se han originado a partir de sistemas desarrollados en el tabaco. [139] Fue la primera planta en ser alterada mediante ingeniería genética y se considera un organismo modelo no solo para la ingeniería genética, sino para una variedad de otros campos. [140] Como tal, las herramientas y procedimientos transgénicos están bien establecidos, por lo que el tabaco es una de las plantas más fáciles de transformar. [141] Otro organismo modelo importante relevante para la ingeniería genética es Arabidopsis thaliana . Su pequeño genoma y su corto ciclo de vida lo hacen fácil de manipular y contiene muchos homólogos de importantes especies de cultivos. [142] Fue la primera planta secuenciada , tiene una gran cantidad de recursos en línea disponibles y se puede transformar simplemente sumergiendo una flor en una solución de Agrobacterium transformada . [143]
En la investigación, las plantas están diseñadas 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 posiblemente sea el resultado del gen faltante. A diferencia de la mutagénesis , la ingeniería genética permite la eliminación dirigida sin alterar otros genes del organismo. [138] Algunos genes solo se expresan en ciertos tejidos, por lo que los genes informadores, como GUS , se pueden adjuntar al gen de interés, lo que permite visualizar la ubicación. [144] Otras formas de probar un gen es alterarlo ligeramente y luego devolverlo a la planta y ver si todavía tiene el mismo efecto sobre el fenotipo. Otras estrategias incluyen unir el gen a un promotor fuerte y ver qué sucede cuando se sobreexpresa, lo que obliga a que un gen se exprese en una ubicación diferente o en diferentes etapas de desarrollo . [138]
Algunas plantas modificadas genéticamente son puramente ornamentales . Están modificados para el color de la flor, la fragancia, la forma de la flor y la arquitectura de la planta. [145] Las primeras plantas ornamentales modificadas genéticamente comercializaron colores alterados. [146] Los claveles se lanzaron en 1997, con el organismo modificado genéticamente más popular, una rosa azul (en realidad lavanda o malva ) creada en 2004. [147] Las rosas se venden en Japón, Estados Unidos y Canadá. [148] [149] Otras plantas ornamentales modificadas genéticamente incluyen Chrysanthemum y Petunia . [145] Además de incrementar el valor estético, se proyecta desarrollar plantas ornamentales que utilicen menos agua o sean resistentes al frío, lo que permitiría cultivarlas fuera de sus entornos naturales. [150]
Se ha propuesto modificar genéticamente algunas especies de plantas en peligro de extinción para que sean resistentes a plantas invasoras y enfermedades, como el barrenador esmeralda del fresno en América del Norte y la enfermedad fúngica Ceratocystis platani en los plátanos europeos . [151] El virus de la mancha anular de la papaya devastó los árboles de papaya en Hawai en el siglo XX hasta que a las plantas de papaya transgénicas se les dio resistencia derivada de patógenos. [152] Sin embargo, la modificación genética para la conservación de plantas sigue siendo principalmente especulativa. Una preocupación única es que es posible que una especie transgénica ya no se parezca lo suficiente a la especie original como 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. [151]
Cultivos
Los cultivos modificados genéticamente son plantas modificadas genéticamente que se utilizan en la agricultura . Los primeros cultivos desarrollados se utilizaron para la alimentación animal o humana y proporcionan resistencia a determinadas 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 para fines no alimentarios, incluida la producción de agentes farmacéuticos , biocombustibles y otros bienes de utilidad industrial, así como para la biorremediación . [153]
Hay tres objetivos principales para el avance agrícola; aumento de la producción, mejores condiciones para los trabajadores agrícolas y sostenibilidad . Los cultivos transgénicos contribuyen mejorando las cosechas reduciendo la presión de los insectos, aumentando el valor de los nutrientes y tolerando diferentes tipos de estrés abiótico . 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 proporcionan tolerancia a herbicidas o resistencia a insectos. [153] La soja representó la mitad de todos los cultivos modificados genéticamente plantados en 2014. [154] La adopción por parte de los agricultores ha sido rápida; entre 1996 y 2013, la superficie total de tierra cultivada con cultivos modificados genéticamente se multiplicó por 100. [155 ] Geográficamente, aunque la propagación ha sido desigual, con un fuerte crecimiento en América y partes de Asia y poco en Europa y África. [153] 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. [155] Aunque han surgido dudas, [156] la mayoría de los estudios han encontrado que el cultivo de cultivos transgénicos es beneficioso para los agricultores. mediante la disminución del uso de pesticidas, así como un mayor rendimiento de los cultivos y las ganancias agrícolas. [157] [158] [159]
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 herbicidas ahora están más disponibles que las variedades resistentes mejoradas convencionalmente; [160] en los Estados Unidos, el 93% de la soja y la mayor parte del maíz transgénico cultivado es tolerante al glifosato. [161] 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 las endotoxinas delta . Algunos usan los genes que codifican proteínas insecticidas vegetativas . [162] El único gen utilizado comercialmente para proporcionar protección contra insectos que no se origina en B. thuringiensis es el inhibidor de la tripsina del caupí (CpTI). El CpTI se aprobó por primera vez para su uso en algodón en 1999 y actualmente se está sometiendo a pruebas en el arroz. [163] [164] Menos del uno por ciento de los cultivos transgénicos contenían otras características, que incluyen proporcionar resistencia a los virus, retrasar la senescencia y alterar la composición de las plantas. [154]
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. [63] Está destinado a producir un alimento enriquecido para ser cultivado y consumido en áreas con escasez de vitamina A en la dieta , [165] una deficiencia que se estima que cada año mata a 670.000 niños menores de 5 años [166] y causa 500.000 casos adicionales de ceguera infantil irreversible. [167] El arroz dorado original produjo 1,6 μg / g de carotenoides , y el desarrollo posterior aumentó 23 veces. [168] En 2018 obtuvo sus primeras aprobaciones para su uso como alimento. [169]
Las plantas y las células vegetales se han modificado genéticamente para la producción de biofarmacéuticos en biorreactores , un proceso conocido como pharming . Se ha trabajado con la lenteja de agua Lemna minor , [170] el alga Chlamydomonas reinhardtii [171] y los musgo Physcomitrella patens . [172] [173] 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. [174] Otras opciones para los biorreactores son los biopolímeros [175] y los biocombustibles . [176] A diferencia de las bacterias, las plantas pueden modificar las proteínas de forma postraduccional , lo que les permite producir moléculas más complejas. También presentan menos riesgo de contaminarse. [177] Se han cultivado productos terapéuticos en células transgénicas de zanahoria y tabaco, [178] incluido un tratamiento farmacológico para la enfermedad de Gaucher . [179]
La producción y el almacenamiento de vacunas tienen un gran potencial en plantas transgénicas. Las vacunas son caras 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. [174] Además de purificar vacunas expresadas en plantas, también es posible producir vacunas comestibles en plantas. Las vacunas comestibles estimulan el sistema inmunológico cuando se ingieren para protegerlo 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, estar alojado dentro de las células vegetales proporciona 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 los desarrollos actuales de vacunas a base de plantas se apliquen a la medicina veterinaria , donde los controles no son tan estrictos. [180]
Animales
La gran mayoría de los animales modificados genéticamente se encuentran en la etapa de investigación y el número cercano a ingresar al mercado sigue siendo pequeño. [181] A partir de 2018, solo se han aprobado tres animales modificados genéticamente, todos en los EE. UU. Se han diseñado una cabra y un pollo para producir medicamentos y un salmón ha aumentado su propio crecimiento. [182] A pesar de las diferencias y dificultades para modificarlos, los objetivos finales son muy similares a los de las plantas. Los animales modificados genéticamente 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. [183]
Mamíferos
El proceso de ingeniería genética de mamíferos es lento, tedioso y caro. Sin embargo, las nuevas tecnologías están haciendo que las modificaciones genéticas sean más fáciles y precisas. [184] Los primeros mamíferos transgénicos se produjeron inyectando ADN viral en embriones y luego implantando los embriones en hembras. [185] El embrión se desarrollaría y se esperaría que parte del material genético se incorporara a las células reproductoras. Luego, los investigadores tendrían que esperar hasta que el animal alcanzara la edad de reproducción y luego se examinaría la descendencia 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 efectivamente a la mitad el tiempo necesario para desarrollar mamíferos genéticamente modificados. [186]
Los mamíferos son los mejores modelos para las enfermedades humanas, por lo que los creados por ingeniería genética son vitales para el descubrimiento y desarrollo de curas y tratamientos para muchas enfermedades graves. La eliminación de los genes responsables de los trastornos genéticos humanos permite a los investigadores estudiar el mecanismo de la enfermedad y probar posibles curas. Los ratones genéticamente modificados 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 . [187] Los primates no humanos son los organismos modelo más similares a los humanos, pero hay menos aceptación pública hacia su uso como animales de investigación. [188] En 2009, los científicos anunciaron que habían transferido con éxito un gen a una especie de primates ( titíes ) por primera vez. [189] [190] 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 . [191]
Es más probable que las proteínas humanas expresadas en mamíferos sean similares a sus contrapartes 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 medicamento ATryn es un anticoagulante que reduce la probabilidad de que se formen coágulos de sangre durante la cirugía o el parto y se extrae de la leche de cabra. [192] La alfa-1-antitripsina humana es otra proteína que se ha producido a partir de cabras y se utiliza para tratar a los seres humanos con esta deficiencia. [193] Otro ámbito medicinal es 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 retrovirus [194] o tener modificaciones para reducir la posibilidad de rechazo. [195] [196] Se está considerando el trasplante a humanos de pulmones de cerdo de cerdos modificados genéticamente. [197] [198] Incluso existe la posibilidad de crear cerdos quiméricos que puedan transportar órganos humanos. [187] [199]
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 las enfermedades y la supervivencia. Los animales han sido diseñados para crecer más rápido, estar más sanos [200] y resistir enfermedades. [201] Las modificaciones también han mejorado la producción de lana de las ovejas y la salud de las ubres de las vacas. [181] Las cabras han sido modificadas genéticamente para producir leche con fuertes proteínas de seda parecidas a una telaraña en su leche. [202] Se creó un cerdo transgénico llamado Enviropig con la capacidad de digerir el fósforo vegetal de manera más eficiente que los cerdos convencionales. [203] [204] Podrían reducir la contaminación del agua ya que excretan entre un 30 y un 70% menos de fósforo en el estiércol. [203] [205] Las vacas lecheras han sido modificadas genéticamente para producir leche que sería igual a la leche materna humana. [206] Esto podría beneficiar a las madres que no pueden producir leche materna pero quieren que sus hijos tomen leche materna en lugar de fórmula. [207] [208] Los investigadores también han desarrollado una vaca modificada genéticamente que produce leche libre de alergias. [209]
Los científicos han modificado genéticamente varios organismos, incluidos algunos mamíferos, para incluir la proteína verde fluorescente (GFP), con fines de investigación. [210] La GFP y otros genes informadores similares permiten una fácil visualización y localización de los productos de la modificación genética. [211] Se han criado cerdos fluorescentes para estudiar trasplantes de órganos humanos, regeneración de células fotorreceptoras oculares y otros temas. [212] En 2011 se crearon gatos fluorescentes verdes para ayudar a encontrar terapias para el VIH / SIDA y otras enfermedades [213] ya que el virus de la inmunodeficiencia felina está relacionado con el VIH . [214]
Ha habido sugerencias de que la ingeniería genética podría usarse para traer animales de la extinción . Implica cambiar el genoma de un pariente vivo cercano para que se parezca al extinto y actualmente se está intentando con la paloma migratoria . [215] Los genes asociados con el mamut lanudo se han agregado al genoma de un elefante africano , aunque el investigador principal dice que no tiene la intención de crear elefantes vivos y transferir todos los genes y revertir años de evolución genética está muy lejos de ser factible. [216] [217] Es más probable que los científicos puedan utilizar 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. [218]
Humanos
La terapia génica [219] utiliza virus modificados genéticamente para administrar genes que pueden curar enfermedades en humanos. Aunque la terapia génica es todavía relativamente nueva, ha tenido algunos éxitos. Se ha utilizado para el tratamiento de trastornos genéticos tales como la inmunodeficiencia combinada grave , [220] y amaurosis congénita de Leber . [221] También se están desarrollando tratamientos para una variedad de otras enfermedades actualmente incurables, como la fibrosis quística , [222] anemia de células falciformes , [223] enfermedad de Parkinson , [224] [225] cáncer , [226] [227] [ 228] diabetes , [229] enfermedad cardíaca [230] y distrofia muscular . [231] Estos tratamientos solo afectan a las células somáticas , lo que significa que los cambios no serían heredables. La terapia génica de la línea germinal da como resultado que cualquier cambio sea heredable, lo que ha suscitado preocupaciones dentro de la comunidad científica. [232] [233]
En 2015, CRISPR se utilizó para editar el ADN de embriones humanos no viables . [234] [235] 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 llevaban 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. [236]
Pescado
Los peces genéticamente modificados 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. [238] 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 contaminación acuática o funcionar como biorreactores. [239]
Varios grupos han estado desarrollando peces cebra para detectar la contaminación uniendo proteínas fluorescentes a genes activados por la presencia de contaminantes. El pez entonces brillará y podrá usarse como sensores ambientales. [240] [241] El GloFish es una marca de pez cebra fluorescente genéticamente modificado con colores fluorescentes rojo, verde y naranja brillantes. 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 genéticamente modificado en estar disponible públicamente como mascota cuando en 2003 se introdujo para la venta en los EE. UU. [242]
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 unicelular es fácil de ver y microinyectar con ADN transgénico. [243] Los peces cebra son organismos modelo para procesos de desarrollo, regeneración , genética, comportamiento, mecanismos de enfermedades y pruebas de toxicidad. [244] Su transparencia permite a los investigadores observar las etapas de desarrollo, las funciones intestinales y el crecimiento tumoral. [245] [246] La generación de protocolos transgénicos (organismos completos, células o tejidos específicos, marcados con genes informadores) ha aumentado el nivel de información obtenida mediante el estudio de estos peces. [247]
Los peces transgénicos se han desarrollado con promotores que impulsan una sobreproducción de 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 lugar a un aumento espectacular del crecimiento en varias especies, incluidos el salmón , [248] trucha [249] y tilapia . [250] 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. [251] Obtuvo la aprobación reglamentaria en 2015, el primer alimento transgénico no vegetal que se comercializó. [252] En agosto de 2017, el salmón transgénico se vende en Canadá. [253] Se espera que las ventas en los Estados Unidos comiencen en el segundo semestre de 2019. [254]