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Un transgén es un gen que se ha transferido de forma natural o mediante 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. Transgen describe un segmento de ADN que contiene una secuencia genética que se ha aislado de un organismo y se introduce en un organismo diferente. Este segmento no nativo de ADN puede conservar la capacidad de producir ARN o proteínas.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 involucrada 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 el transgén está activo, un exón , una secuencia codificante de proteína (generalmente derivada del ADNc de la proteína de interés) y una secuencia de parada. Estos se combinan típicamente en un plásmido bacteriano y las secuencias codificantes se eligen típicamente de transgenes con funciones previamente conocidas. [1]

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

Historia [ editar ]

La idea de moldear un organismo para que se adapte a una necesidad específica no es una ciencia nueva. Sin embargo, hasta finales de la década de 1900, los agricultores y los científicos podían criar 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. [ cita requerida ]

En las décadas de 1970 y 1980, los científicos superaron este obstáculo inventando 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 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 reproducen. Los transgenes alteran el genoma bloqueando la función de un gen huésped; pueden reemplazar el gen del huésped por uno que codifique una proteína diferente o introducir un gen adicional. [2]

El primer organismo transgénico se creó en 1974 cuando Annie Chang y Stanley Cohen expresaron genes de Staphylococcus aureus en Escherichia coli . [3] En 1978, las células de levadura fueron los primeros organismos eucariotas en someterse a transferencia genética. [4] 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 la incorporación de transgenes en retrovirus.y luego infectando células, usando 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 a las células y también entregar ADN en el óvulo que acaba de ser fertilizado. [5]

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

Uso en plantas [ editar ]

Se ha diseñado una variedad de plantas transgénicas para que la agricultura produzca 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 a nivel mundial. [6]

Arroz dorado [ editar ]

Un ejemplo de una especie vegetal transgénica es el arroz dorado . En 1997, [ cita requerida ] cinco millones de niños desarrollaron xeroftalmia , una condición médica causada por la deficiencia de vitamina A , solo en el sudeste asiático. [7] De esos niños, un cuarto de millón se quedó ciego. [7] Para combatir esto, los científicos utilizaron la biolística para insertar el gen de la fitoeno sintasa del narciso en cultivares de arroz autóctonos de Asia . [8] La inserción del narciso aumentó la producción de ß-caroteno . [8] El producto era una especie de arroz transgénico rica en vitamina A, llamada arroz dorado . Se sabe poco sobre el impacto del arroz dorado en la xeroftalmía porque las campañas anti-OGM han impedido la liberación comercial completa de arroz dorado en los sistemas agrícolas necesitados. [9]

Escape transgénico [ editar ]

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 [10] y Europa a mediados de la década de 1990. Existe acuerdo en que la fuga de transgenes es inevitable, incluso "alguna prueba de que está sucediendo". [6] Hasta 2008 había pocos casos documentados. [6] [11]

Maíz [ editar ]

El maíz muestreado en 2000 de la Sierra Juárez, Oaxaca , México contenía un promotor 35S transgénico, mientras que una muestra grande tomada por un método diferente de la misma región en 2003 y 2004 no lo tenía. 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 de transgenes. [12] Un estudio de 2009 encontró proteínas recombinantes en 3.1% y 1.8% de las muestras, más comúnmente en el sureste de México. La importación de semillas y granos de Estados Unidos podría explicar la frecuencia y distribución de 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 mexicanas expresaron proteínas recombinantes a pesar de la moratoria sobre los cultivos transgénicos. [13]

Algodón [ editar ]

En 2011, se encontró algodón transgénico en México entre el algodón silvestre, después de 15 años de cultivo de algodón transgénico. [14]

Colza (canola) [ editar ]

La colza transgénica Brassicus napus , hibridada con una especie nativa japonesa Brassica rapa , se encontró en Japón en 2011 [15] después de haber sido identificada en 2006 en Québec , Canadá. [16] Fueron persistentes durante un período de estudio de 6 años, sin presión de selección de herbicidas ya pesar de la hibridación con la forma salvaje. Este fue el primer informe de la introgresión , la incorporación estable de genes de un grupo de genes a otro, de un transgén de resistencia a herbicidas de Brassica napus en el grupo de genes de forma salvaje. [17]

Bentgrass rastrero [ editar ]

El bentgrass rastrero transgénico , diseñado para ser tolerante al glifosato como "uno de los primeros cultivos transgénicos polinizados por el viento, perennes y altamente transgénicos", se plantó en 2003 como parte de una gran prueba de campo (alrededor de 160 ha) en el centro de Oregón, cerca de Madras. , Oregon . En 2004, se descubrió que su polen había alcanzado poblaciones silvestres de bentgrass hasta a 14 kilómetros de distancia. La polinización cruzada de Agrostis gigantea incluso se encontró a una distancia de 21 kilómetros. [18] El productor, Scotts Company no pudo eliminar todas las plantas genéticamente modificadas y, en 2007, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos multó a Scotts con 500.000 dólares por incumplimiento de las reglamentaciones. [19]

Evaluación de riesgos [ editar ]

Se ha demostrado que la monitorización y el control a largo plazo de un transgén particular no es factible. [20] La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria publicó una orientación para la evaluación de riesgos en 2010. [21]

Usar en ratones [ editar ]

Los ratones genéticamente modificados son el modelo animal más común para la investigación transgénica. [22] Los ratones transgénicos se utilizan actualmente para estudiar una variedad de enfermedades que incluyen cáncer, obesidad, enfermedades cardíacas, artritis, ansiedad y enfermedad de Parkinson. [23] 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 interrumpir 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, recombinación homólogaocurre 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. [24]

Oncomice es otra especie de ratón genéticamente modificada 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 cánceres con el fin de aplicar este conocimiento a los estudios en humanos. [24]

Uso en Drosophila [ editar ]

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 entendido. La transferencia de transgenes al genoma de Drosophila se ha realizado utilizando varias técnicas, incluida la inserción del elemento P , Cre-loxP y ΦC31 . El método más practicado utilizado hasta ahora para insertar transgenes en el genoma de Drosophila utiliza elementos P. Los elementos P transponibles, también conocidos como transposones, son segmentos de ADN bacteriano que se traslocan al 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 plásmidos, uno conocido como transposasa del elemento P y el otro, la cadena principal del transposón P. La porción del plásmido de transposasa dirige la transposición de la cadena principal 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 ser efectivo, los sitios de inserción de los elementos P son a menudo incontrolables, lo que da como resultado un desfavorable,inserción aleatoria del transgén en elGenoma de Drosophila . [25]

Para mejorar la ubicación 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 casetes mediado por recombinación (RMCE). Si bien ha demostrado tener una menor eficiencia de transformación transgénica que las transposasas del elemento P, Cre disminuye en gran medida la abundancia de trabajo intensivo de equilibrar las inserciones de P aleatorias. Cre ayuda en la transgénesis dirigida del segmento del gen de ADN de interés, ya que apoya el mapeo de los sitios de inserción del transgén, conocidos como sitios loxP. Estos sitios, a diferencia de los elementos P, pueden insertarse específicamente para flanquear un segmento cromosómico de interés, ayudando en la transgénesis dirigida. La Cre transposasa es importante en la escisión catalítica de los pares de bases presentes en los sitios loxP cuidadosamente colocados, lo que permite inserciones más específicas del plásmido donante transgénico de interés. [26]

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 . Estudios de avance recientes involucran la microinyección del bacteriófago ΦC31 integrasa, que muestra una inserción transgénica mejorada de grandes fragmentos de ADN que no pueden ser transpuestos por elementos P solos. Este método implica la recombinación entre un sitio de unión (attP) en el fagoy un sitio de unión en el genoma del hospedador bacteriano (attB). En comparación con los métodos habituales de inserción del transgén del elemento P, el 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 [ editar ]

Una aplicación agrícola es la cría selectiva de animales para rasgos particulares: se ha producido ganado transgénico con un fenotipo muscular aumentado al sobreexpresar un ARN en horquilla corto con homología con el ARNm de miostatina usando interferencia de ARN. [27] Los transgenes se utilizan para producir leche con altos niveles de proteínas o seda de la leche de cabra. Otra aplicación agrícola es la cría selectiva de animales resistentes a enfermedades o animales para la producción biofarmacéutica. [27]

Potencial futuro [ editar ]

La aplicación de transgenes es un área de biología molecular en rápido crecimiento . A partir de 2005 se predijo que en las próximas dos décadas se generarían 300.000 líneas de ratones transgénicos. [28] Los investigadores han identificado muchas aplicaciones para los transgenes, particularmente en el campo médico. Los científicos se están enfocando en el uso de transgenes para estudiar la función del genoma humano con el fin de comprender mejor las enfermedades, adaptar órganos de animales para trasplantes a humanos y la producción de productos farmacéuticos como insulina , hormona del crecimiento y factores anticoagulantes de la sangre. de la leche de vacas transgénicas. [ cita requerida]

En 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 utilizar 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. Los conejos transgénicos se han creado para estudiar las arritmias cardíacas heredadas, ya que el corazón del conejo se parece mucho más al corazón humano en comparación con el del ratón. [29]Más recientemente, los científicos también han comenzado a utilizar cabras transgénicas para estudiar los trastornos genéticos relacionados con la fertilidad . [30]

Los transgenes pueden usarse para xenotrasplantes de órganos de cerdo. A través del estudio del rechazo de xeno-órganos, se encontró que se produce un rechazo agudo del órgano trasplantado al entrar en contacto con la sangre del receptor debido al reconocimiento de anticuerpos extraños en las células endoteliales del órgano trasplantado. Los científicos han identificado en los cerdos el antígeno que causa 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. [ cita requerida ] Microorganismos transgénicos capaces de producir catalizadoresproteínas o enzimas que aumentan la velocidad de las reacciones industriales.

Controversia ética [ editar ]

El uso de transgenes en humanos está plagado de problemas en la actualidad. 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 ser tratados por inmunodeficiencia combinada severa ligada al cromosoma X (X-SCID). [31] Esto se atribuyó a la proximidad del gen insertado al promotor LMO2 , que controla la transcripción del protooncogén LMO2. [32]

Ver también [ editar ]

  • Proteína de fusión
  • Reserva genética
  • Flujo de genes
  • Introgresión
  • Hibridación de ácidos nucleicos
  • Modelos de ratón de metástasis de cáncer de mama

Referencias [ editar ]

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Lectura adicional [ editar ]

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