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La entrega de genes es el proceso de introducir la entrega de genes extraños, como ADN o ARN , en las células huésped . [1] La entrega de genes debe llegar al genoma de la célula huésped para inducir la expresión génica . [2] La entrega exitosa de genes requiere que la entrega de genes extraños permanezca estable dentro de la célula huésped y pueda integrarse en el genoma o replicarse independientemente de él. [3] Esto requiere que se sintetice ADN extraño como parte de un vector , que está diseñado para ingresar a la célula huésped deseada y entregar el transgén al genoma de esa célula. [4]Los vectores utilizados como método para la administración de genes se pueden dividir en dos categorías, virus recombinantes y vectores sintéticos (virales y no virales). [2] [5]

En eucariotas multicelulares complejos (más específicamente Weissmanists ), si el transgén se incorpora a las células de la línea germinal del huésped , la célula huésped resultante puede pasar el transgen a su progenie . Si el transgén se incorpora a las células somáticas , el transgén permanecerá con la línea celular somática y, por tanto, su organismo huésped. [6]

La entrega de genes es un paso necesario en la terapia génica para la introducción o silenciamiento de un gen para promover un resultado terapéutico en pacientes y también tiene aplicaciones en la modificación genética de cultivos. Existen muchos métodos diferentes de administración de genes para varios tipos de células y tejidos. [6]

Historia [ editar ]

Los vectores de base viral surgieron en la década de 1980 como una herramienta para la expresión transgénica. En 1983, Albert Siegel describió el uso de vectores virales en la expresión de transgén de plantas, aunque la manipulación viral a través de la clonación de ADNc aún no estaba disponible. [7] El primer virus para ser utilizado como un vector de vacuna fue la vaccinia virus en 1984 como una manera de chimpancés a proteger contra la hepatitis B . [8] La administración de genes no virales fue reportada por primera vez en 1943 por Avery et al. que mostraron cambios en el fenotipo celular a través de la exposición al ADN exógeno . [9]

Métodos [ editar ]

La transformación bacteriana implica mover un gen de una bacteria a otra. Está integrado en el plásmido de los receptores. y luego puede ser expresado por el nuevo anfitrión.

Hay una variedad de métodos disponibles para administrar genes a las células huésped. Cuando los genes se entregan a las bacterias o plantas, el proceso se llama transformación y cuando se usa para entregar genes a los animales, se llama transfección . Esto se debe a que la transformación tiene un significado diferente en relación con los animales, lo que indica la progresión a un estado canceroso. [10] Para algunas bacterias, no se necesitan métodos externos para introducir genes, ya que son capaces de absorber ADN extraño de forma natural . [11] La mayoría de las células requieren algún tipo de intervención para hacer que la membrana celular sea permeable al ADN y permitir que el ADN se inserte de manera estable en el genoma del hospedador .

Química [ editar ]

Los métodos químicos de administración de genes pueden usar compuestos naturales o sintéticos para formar partículas que faciliten la transferencia de genes a las células. [2] Estos vectores sintéticos tienen la capacidad de unirse electrostáticamente al ADN o ARN y compactar la información genética para dar cabida a transferencias genéticas más grandes. [5] Los vectores químicos generalmente ingresan a las células por endocitosis y pueden proteger el material genético de la degradación. [6]

Choque de calor [ editar ]

Uno de los métodos más simples consiste en alterar el entorno de la célula y luego estresarlo dándole un choque térmico . Normalmente, las células se incuban en una solución que contiene cationes divalentes (a menudo cloruro de calcio ) en condiciones frías, antes de exponerlas a un pulso de calor. El cloruro de calcio altera parcialmente la membrana celular, lo que permite que el ADN recombinante ingrese a la célula huésped. Se sugiere que exponer las células a cationes divalentes en condiciones frías puede cambiar o debilitar la estructura de la superficie celular, haciéndola más permeable al ADN. Se cree que el pulso de calor crea un desequilibrio térmico a través de la membrana celular, lo que obliga al ADN a ingresar a las células a través de los poros celulares o de la pared celular dañada.

Fosfato de calcio [ editar ]

Otro método simple implica el uso de fosfato de calcio para unir el ADN y luego exponerlo a células cultivadas. La solución, junto con el ADN, es encapsulada por las células y se puede integrar una pequeña cantidad de ADN en el genoma. [12]

Liposomas y polímeros [ editar ]

Se pueden usar liposomas y polímeros como vectores para administrar ADN a las células. Los liposomas cargados positivamente se unen al ADN cargado negativamente, mientras que se pueden diseñar polímeros que interactúen con el ADN. [2] Forman lipoplexes y polyplexes respectivamente, que luego son absorbidos por las células. [13] Los dos sistemas también se pueden combinar. [6] Los vectores no virales basados ​​en polímeros utilizan polímeros para interactuar con el ADN y formar poliplexos. [6]

Nanopartículas [ editar ]

El uso de nanopartículas orgánicas e inorgánicas diseñadas es otro enfoque no viral para la entrega de genes. [14] [15]

Físico [ editar ]

La entrega de genes artificiales puede estar mediada por métodos físicos que utilizan la fuerza para introducir material genético a través de la membrana celular. [2]

Electroporación [ editar ]

Los electroporadores se pueden utilizar para hacer que la membrana celular sea permeable al ADN.

La electroporación es un método para promover la competencia . Las células se electrocutan brevemente con un campo eléctrico de 10-20 kV / cm, que se cree que crea agujeros en la membrana celular a través de los cuales puede entrar el ADN plasmídico. Después de la descarga eléctrica, los orificios se cierran rápidamente mediante los mecanismos de reparación de la membrana de la célula.

Biolística [ editar ]

Una pistola genética utiliza la biolística para insertar ADN en las células

Otro método utilizado para transformar células vegetales es la biolística , en la que partículas de oro o tungsteno se recubren con ADN y luego se inyectan en células vegetales jóvenes o embriones vegetales. [16] Algo de material genético ingresa a las células y las transforma. Este método se puede utilizar en plantas que no son susceptibles a la infección por Agrobacterium y también permite la transformación de plástidos vegetales . Las células vegetales también se pueden transformar mediante electroporación, que utiliza una descarga eléctrica para hacer que la membrana celular sea permeable al ADN plasmídico. Debido al daño causado a las células y al ADN, la eficiencia de transformación de la biolística y la electroporación es menor que la transformación de agrobacterias. [17]

Microinyección [ editar ]

La microinyección es donde el ADN se inyecta a través de la envoltura nuclear de la célula directamente en el núcleo . [11]

Sonoporation [ editar ]

La sonoporación utiliza ondas sonoras que crean poros en la membrana celular para permitir la entrada de material genético.

Fotoporación [ editar ]

La fotoporación es cuando se utilizan pulsos de láser para crear poros en una membrana celular para permitir la entrada de material genético.

Magnetofección [ editar ]

La magnetofección utiliza partículas magnéticas complejadas con ADN y un campo magnético externo concentra partículas de ácido nucleico en las células diana.

Hidroporación [ editar ]

Se puede utilizar un efecto capilar hidrodinámico para manipular la permeabilidad celular.

Agrobacterium [ editar ]

A. tumefaciens adhiriéndose a una célula de zanahoria

En las plantas el ADN se inserta a menudo usando Agrobacterium mediada por recombinación , [18] aprovechando la Agrobacterium s T-ADN de secuencia que permite la inserción natural del material genético en las células vegetales. [19] El tejido vegetal se corta en trozos pequeños y se sumerge en un líquido que contiene Agrobacterium suspendido . La bacteria se adherirá a muchas de las células vegetales expuestas por los cortes. La bacteria usa la conjugación para transferir un segmento de ADN llamado T-ADNde su plásmido a la planta. El ADN transferido se dirige al núcleo de la célula vegetal y se integra en el ADN genómico de la planta hospedadora. El ADN plasmídico T se integra de forma semi-aleatoria en el genoma de la célula hospedadora. [20]

Al modificar el plásmido para expresar el gen de interés, los investigadores pueden insertar el gen elegido de forma estable en el genoma de las plantas. Las únicas partes esenciales del T-DNA son sus dos pequeñas repeticiones de borde (25 pares de bases), de las cuales al menos una es necesaria para la transformación de la planta. [21] [22] Los genes que se introducirán en la planta se clonan en un vector de transformación de la planta que contiene la región del ADN-T del plásmido . Un método alternativo es la agroinfiltración . [23] [24]

Entrega viral [ editar ]

El ADN extraño se transduce al interior de la célula huésped a través de un vector de adenovirus.

La entrega de genes mediada por virus utiliza la capacidad de un virus para inyectar su ADN dentro de una célula huésped y aprovecha la capacidad del propio virus para replicar e implementar su propio material genético. Es más probable que los métodos virales de administración de genes induzcan una respuesta inmunitaria, pero tienen una alta eficacia. [6] La transducción es el proceso que describe la inserción de ADN mediada por virus en la célula huésped. Los virus son una forma particularmente eficaz de administración de genes porque la estructura del virus previene la degradación a través de los lisosomas del ADN que entrega al núcleo de la célula huésped. [25] En la terapia génica, un gen destinado a la administración se empaqueta en una partícula viral de replicación deficiente para formar un vector viral.. [26] Los virus utilizados para la terapia génica hasta la fecha incluyen retrovirus, adenovirus, virus adenoasociados y virus del herpes simple. Sin embargo, existen inconvenientes en el uso de virus para introducir genes en las células. Los virus solo pueden introducir fragmentos muy pequeños de ADN en las células, requiere mucha mano de obra y existen riesgos de sitios de inserción aleatorios, efectos citopáticos y mutagénesis. [27]

La entrega de genes basada en vectores virales utiliza un vector viral para entregar material genético a la célula huésped. Esto se hace utilizando un virus que contiene el gen deseado y eliminando la parte del genoma del virus que es infecciosa. [2] Los virus son eficaces en la entrega de material genético al núcleo de la célula huésped, que es vital para la replicación. [25]

Vectores virales basados ​​en ARN [ editar ]

Los virus basados ​​en ARN se desarrollaron debido a la capacidad de transcribir directamente a partir de transcripciones de ARN infecciosas. Los vectores de ARN se expresan y expresan rápidamente en la forma dirigida ya que no se requiere procesamiento. La integración génica conduce a la expresión transgénica a largo plazo, pero la entrega basada en ARN suele ser transitoria y no permanente. [2] Los vectores retrovirales incluyen virus espumosos oncoretrovirales, lentivirales y humanos . [2]

Vectores virales basados ​​en ADN [ editar ]

Los vectores virales basados ​​en ADN suelen ser más duraderos y tienen la posibilidad de integrarse en el genoma. Los vectores virales basados ​​en ADN incluyen Adenoviridae , virus adenoasociado y virus del herpes simple . [2]

Aplicaciones [ editar ]

Terapia genética [ editar ]

Artículo principal: Terapia génica

Varios de los métodos utilizados para facilitar la entrega de genes tienen aplicaciones con fines terapéuticos. La terapia genética utiliza la entrega de genes para entregar material genético con el objetivo de tratar una enfermedad o afección en la célula. La administración de genes en entornos terapéuticos utiliza vectores no inmunogénicos capaces de especificidad celular que pueden administrar una cantidad adecuada de expresión transgénica para producir el efecto deseado. [3]

Los avances en genómica han permitido identificar una variedad de nuevos métodos y objetivos genéticos para posibles aplicaciones. Microarrays de ADN se utilizan en una variedad de próxima generación de secuenciación puede identificar miles de genes simultáneamente, con el software analítico mirando a los patrones de expresión de genes, y orthologou s genes en especies modelo para identificar la función. [28] Esto ha permitido identificar una variedad de posibles vectores para su uso en terapia génica. Como método para crear una nueva clase de vacuna, se ha utilizado la administración de genes para generar un híbrido.vector biosintético para administrar una posible vacuna. Este vector supera las barreras tradicionales a la entrega de genes al combinar E. coli con un polímero sintético para crear un vector que mantiene el ADN plasmídico al tiempo que tiene una mayor capacidad para evitar la degradación por los lisosomas de las células diana. [29]

Ver también [ editar ]

  • Orientación genética
  • Minicírculo
  • Plásmido
  • Transgén
  • Vector (biología molecular)
  • Vector viral

Referencias [ editar ]

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  2. ↑ a b c d e f g h i Kamimura K, Suda T, Zhang G, Liu D (octubre de 2011). "Avances en los sistemas de entrega de genes" . Medicina farmacéutica . 25 (5): 293-306. doi : 10.1007 / bf03256872 . PMC 3245684 . PMID 22200988 .  
  3. ↑ a b Mali S (enero de 2013). "Sistemas de entrega para terapia génica" . Revista India de Genética Humana . 19 (1): 3–8. doi : 10.4103 / 0971-6866.112870 . PMC 3722627 . PMID 23901186 .  
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Lectura adicional [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • El décimo simposio entre Estados Unidos y Japón sobre sistemas de administración de fármacos
  • Naturaleza: Entrega de genes
  • Centro de aprendizaje de ciencias genéticas: entrega de genes
  • Transferencia lateral de genes
  • Edición del genoma
  • NIH: ¿Cómo funciona la terapia génica?