Ingeniería genética -Genetic engineering

La ingeniería genética , también llamada modificación genética o manipulación genética , es la modificación y manipulación de los genes de un organismo utilizando tecnología . Es un conjunto de tecnologías que se utilizan para cambiar la composición genética de las células, incluida la transferencia de genes dentro y fuera de los límites de las especies para producir organismos mejorados o novedosos . El nuevo ADN se obtiene aislando y copiando el material genético de interés utilizando métodos de ADN recombinante o sintetizando artificialmente el ADN. Por lo general, se crea y se usa una construcción para insertar este ADN en el organismo huésped. La primera molécula de ADN recombinante fue creada por Paul Berg en 1972 al combinar ADN del virus del mono SV40 con el virus lambda . Además de insertar genes , el proceso se puede utilizar para eliminar o " eliminar " genes. El nuevo ADN puede insertarse aleatoriamente o dirigirse a una parte específica del genoma .

Un organismo que se genera a través de la ingeniería genética se considera genéticamente modificado (GM) y la entidad resultante es un organismo genéticamente modificado (GMO). El primer OGM fue una bacteria generada por Herbert Boyer y Stanley Cohen en 1973. Rudolf Jaenisch creó el primer animal GM cuando insertó ADN extraño en un ratón en 1974. La primera empresa que se centró en la ingeniería genética, Genentech , se fundó en 1976 y comenzó la producción de proteínas humanas. La insulina humana modificada genéticamente se produjo en 1978 y las bacterias productoras de insulina se comercializaron en 1982. Los alimentos modificados genéticamente se venden desde 1994, con el lanzamiento del tomate Flavr Savr . El Flavr Savr fue diseñado para tener una vida útil más larga, pero la mayoría de los cultivos transgénicos actuales se modifican para aumentar la resistencia a insectos y herbicidas. GloFish , el primer OMG diseñado como mascota, se vendió en Estados Unidos en diciembre de 2003. En 2016 se comercializaron salmones modificados con una hormona de crecimiento.

La ingeniería genética se ha aplicado en numerosos campos, incluidos la investigación, la medicina, la biotecnología industrial y la agricultura. En la investigación, los OMG se utilizan para estudiar la función y la expresión de genes a través de experimentos de pérdida de función, ganancia de función, seguimiento y expresión. Al eliminar los genes responsables de ciertas condiciones, es posible crear organismos animales modelo de enfermedades humanas. Además de producir hormonas, vacunas y otras drogas, la ingeniería genética tiene el potencial de curar enfermedades genéticas a través de la terapia génica . Las mismas técnicas que se utilizan para producir medicamentos también pueden tener aplicaciones industriales, como la producción de enzimas para detergentes para ropa, quesos y otros productos.

El auge de los cultivos genéticamente modificados comercializados ha brindado beneficios económicos a los agricultores en muchos países diferentes, pero también ha sido la fuente de la mayor parte de la controversia en torno a la tecnología. Esto ha estado presente desde su uso temprano; los primeros ensayos de campo fueron destruidos por activistas anti-GM. Aunque existe un consenso científico de que los alimentos actualmente disponibles derivados de cultivos transgénicos no representan un mayor riesgo para la salud humana que los alimentos convencionales, la seguridad de los alimentos transgénicos es una de las principales preocupaciones de los críticos. El flujo de genes , el impacto en organismos no objetivo, el control del suministro de alimentos y los derechos de propiedad intelectual también se han planteado como problemas potenciales. Estas preocupaciones han llevado al desarrollo de un marco regulatorio, que comenzó en 1975. Ha llevado a un tratado internacional, el Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad , que se adoptó en 2000. Los países individuales han desarrollado sus propios sistemas regulatorios con respecto a los OGM, con la diferencias más marcadas que se producen entre EE.UU. y Europa.

definición de la IUPAC

Ingeniería genética : Proceso de insertar nueva información genética en células existentes para modificar un organismo específico con el propósito de cambiar sus características.

Nota : Adaptado de la ref.

Visión general

Comparación del fitomejoramiento convencional con la modificación genética transgénica y cisgénica

La ingeniería genética es un proceso que altera la estructura genética de un organismo ya sea eliminando o introduciendo ADN , o modificando el material genético existente in situ. A diferencia de la cría tradicional de animales y plantas , que implica hacer cruces múltiples y luego seleccionar el organismo con el fenotipo deseado , la ingeniería genética toma el gen directamente de un organismo y se lo entrega al otro. Esto es mucho más rápido, se puede usar para insertar cualquier gen de cualquier organismo (incluso de diferentes dominios ) y evita que también se agreguen otros genes no deseados.

La ingeniería genética podría potencialmente corregir trastornos genéticos graves en humanos reemplazando el gen defectuoso por uno que funcione. Es una herramienta importante en la investigación que permite estudiar la función de genes específicos. Los medicamentos, las vacunas y otros productos se han obtenido de organismos modificados para producirlos. Se han desarrollado cultivos que ayudan a la seguridad alimentaria al aumentar el rendimiento, el valor nutricional y la tolerancia a las tensiones ambientales.

El ADN se puede introducir directamente en el organismo huésped o en una célula que luego se fusiona o hibridiza con el huésped. Esto se basa en técnicas de ácidos nucleicos recombinantes para formar nuevas combinaciones de material genético heredable, seguido de la incorporación de ese material, ya sea indirectamente a través de un sistema de vectores o directamente a través de microinyección , macroinyección o microencapsulación .

La ingeniería genética normalmente no incluye 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. Sin embargo, algunas definiciones amplias de ingeniería genética incluyen la cría selectiva . La clonación y la investigación con células madre , aunque no se consideran ingeniería genética, están estrechamente relacionadas y dentro de ellas se puede utilizar la ingeniería genética. La biología sintética es una disciplina emergente que lleva la ingeniería genética un paso más allá al introducir material sintetizado artificialmente en un organismo.

Las plantas, animales o microorganismos que han sido modificados mediante ingeniería genética se denominan organismos modificados genéticamente u OMG. Si se agrega material genético de otra especie al huésped, el organismo resultante se denomina transgénico . Si se utiliza material genético de la misma especie o de una especie que puede reproducirse naturalmente con el huésped, el organismo resultante se denomina cisgénico . Si se utiliza la ingeniería genética para eliminar material genético del organismo objetivo, el organismo resultante se denomina organismo knockout . En Europa, la modificación genética es sinónimo de ingeniería genética, mientras que en los Estados Unidos de América y Canadá, la modificación genética también se puede utilizar para referirse a métodos de reproducción más convencionales.

Historia

Los seres humanos han alterado los genomas de las especies durante miles de años a través de la crianza selectiva , o selección artificial en contraste con la selección natural . Más recientemente, la reproducción por mutaciones ha utilizado la exposición a sustancias químicas o radiación para producir una alta frecuencia de mutaciones aleatorias, con fines de reproducción selectiva. La ingeniería genética como la manipulación directa del ADN por parte de los humanos fuera de la reproducción y las mutaciones solo existe desde la década de 1970. El término "ingeniería genética" fue acuñado por primera vez por Jack Williamson en su novela de ciencia ficción Dragon's Island , publicada en 1951, un año antes de que Alfred Hershey y Martha Chase confirmaran el papel del ADN en la herencia , y dos años antes de que James Watson y Francis Crick demostraran que la molécula de ADN tiene una estructura de doble hélice, aunque el concepto general de manipulación genética directa se exploró de forma rudimentaria en la historia de ciencia ficción de 1936 de Stanley G. Weinbaum , Proteus Island .

En 1974 Rudolf Jaenisch creó un ratón modificado genéticamente , el primer animal transgénico.

En 1972, Paul Berg creó las primeras moléculas de ADN recombinante al combinar el ADN del virus del mono SV40 con el del virus lambda . En 1973 , Herbert Boyer y Stanley Cohen crearon el primer organismo transgénico mediante la inserción de genes de resistencia a antibióticos en el plásmido de una bacteria Escherichia coli . Un año después, Rudolf Jaenisch creó un ratón transgénico introduciendo ADN extraño en su embrión, lo que lo convirtió en el primer animal transgénico del mundo. Estos logros generaron preocupación en la comunidad científica sobre los riesgos potenciales de la ingeniería genética, que se discutieron por primera vez en profundidad en la Conferencia de Asilomar. en 1975. Una de las principales recomendaciones de esta reunión fue que se debe establecer la supervisión gubernamental de la investigación del ADN recombinante hasta que la tecnología se considere segura.

En 1976, Herbert Boyer y Robert Swanson fundaron Genentech, la primera empresa de ingeniería genética, y un año más tarde la empresa produjo una proteína humana ( somatostatina ) en E. coli . Genentech anunció la producción de insulina humana modificada genéticamente en 1978. En 1980, la Corte Suprema de EE. UU. en el caso Diamond v. Chakrabarty dictaminó que la vida alterada genéticamente podía patentarse. La insulina producida por bacterias fue aprobada para su liberación por la Administración de Drogas y Alimentos (FDA) en 1982.

En 1983, una empresa de biotecnología, Advanced Genetic Sciences (AGS), solicitó la autorización del gobierno de EE. UU. para realizar pruebas de campo con la cepa menos hielo de Pseudomonas syringae para proteger los cultivos de las heladas, pero los grupos ambientalistas y los manifestantes retrasaron las pruebas de campo durante cuatro años con desafíos legales. En 1987, la cepa ice-minus de P. syringae se convirtió en el primer organismo genéticamente modificado (OGM) que se liberó en el medio ambiente cuando se rociaron con ella un campo de fresas y un campo de papas en California. Ambos campos de prueba fueron atacados por grupos activistas la noche antes de que ocurrieran las pruebas: "El primer sitio de prueba del mundo atrajo al primer basurero de campo del mundo".

Los primeros ensayos de campo de plantas modificadas genéticamente ocurrieron en Francia y los EE. UU. en 1986, las plantas de tabaco fueron diseñadas para ser resistentes a los herbicidas . La República Popular de China fue el primer país en comercializar plantas transgénicas, introduciendo un tabaco resistente a virus en 1992. En 1994 , Calgene obtuvo la aprobación para lanzar comercialmente el primer alimento genéticamente modificado , el Flavr Savr , un tomate diseñado para tener una vida útil más larga. . En 1994, la Unión Europea aprobó el tabaco modificado para ser resistente al herbicida bromoxinil , convirtiéndolo en el primer cultivo genéticamente modificado comercializado en Europa. En 1995, la papa Bt fue aprobada como segura por la Agencia de Protección Ambiental , luego de haber sido aprobada por la FDA, convirtiéndola en el primer cultivo productor de pesticidas aprobado en los EE. UU. En 2009, se cultivaron comercialmente 11 cultivos transgénicos en 25 países, los más grandes por área cultivada fueron EE. UU., Brasil, Argentina, India, Canadá, China, Paraguay y Sudáfrica.

En 2010, los científicos del Instituto J. Craig Venter crearon el primer genoma sintético y lo insertaron en una célula bacteriana vacía. La bacteria resultante, llamada Mycoplasma laboratorium , podría replicarse y producir proteínas. Cuatro años más tarde, esto dio un paso más cuando se desarrolló una bacteria que replicaba un plásmido que contenía un par de bases único , creando el primer organismo diseñado para usar un alfabeto genético expandido. En 2012, Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier colaboraron para desarrollar el sistema CRISPR/Cas9 , una técnica que se puede utilizar para alterar de manera fácil y específica el genoma de casi cualquier organismo.

Proceso

La reacción en cadena de la polimerasa es una poderosa herramienta utilizada en la clonación molecular.

La creación de un OMG es un proceso de varios pasos. Los ingenieros genéticos primero deben elegir qué gen desean insertar en el organismo. Esto se basa en cuál es el objetivo para el organismo resultante y se basa en investigaciones anteriores. Se pueden llevar a cabo exámenes genéticos para determinar genes potenciales y luego se pueden usar más pruebas para identificar a los mejores candidatos. El desarrollo de micromatrices , la transcriptómica y la secuenciación del genoma ha facilitado mucho la búsqueda de genes adecuados. La suerte también juega su papel; el gen Roundup Ready se descubrió después de que los científicos notaron que una bacteria prosperaba en presencia del herbicida.

Aislamiento y clonación de genes

El siguiente paso es aislar el gen candidato. Se abre la célula que contiene el gen y se purifica el ADN. El gen se separa mediante el uso de enzimas de restricción para cortar el ADN en fragmentos o la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para amplificar el segmento del gen. Luego, estos segmentos se pueden extraer mediante electroforesis en gel . Si el gen elegido o el genoma del organismo donante ha sido bien estudiado, es posible que ya esté accesible desde una biblioteca genética . Si se conoce la secuencia de ADN , pero no hay copias disponibles del gen, también se puede sintetizar artificialmente . Una vez aislado, el gen se liga en un plásmido que luego se inserta en una bacteria. El plásmido se replica cuando la bacteria se divide, lo que garantiza la disponibilidad de copias ilimitadas del gen. El plásmido RK2 destaca por su capacidad de replicarse en una amplia variedad de organismos unicelulares , lo que lo hace adecuado como herramienta de ingeniería genética.

Antes de que el gen se inserte en el organismo objetivo, debe combinarse con otros elementos genéticos. Estos incluyen una región promotora y terminadora , que inician y finalizan la transcripción . Se agrega un gen marcador seleccionable , que en la mayoría de los casos confiere resistencia a los antibióticos , por lo que los investigadores pueden determinar fácilmente qué células se han transformado con éxito. El gen también se puede modificar en esta etapa para una mejor expresión o eficacia. Estas manipulaciones se llevan a cabo utilizando técnicas de ADN recombinante , tales como digestiones de restricción , ligaduras y clonación molecular.

Insertar ADN en el genoma del huésped

Una pistola de genes utiliza la biolística para insertar ADN en el tejido vegetal

Hay una serie de técnicas que se utilizan para insertar material genético en el genoma del huésped. Algunas bacterias pueden absorber ADN extraño de forma natural . Esta capacidad se puede inducir en otras bacterias mediante estrés (p. ej ., choque térmico o eléctrico), lo que aumenta la permeabilidad de la membrana celular al ADN; El ADN absorbido puede integrarse con el genoma o existir como ADN extracromosómico . 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 .

Los genomas de las plantas se pueden diseñar mediante métodos físicos o mediante el uso de Agrobacterium para la entrega de secuencias alojadas en vectores binarios de ADN-T . En las plantas, el ADN a menudo se inserta utilizando la transformación mediada por Agrobacterium , aprovechando la secuencia de ADN-T de Agrobacterium que permite la inserción natural de material genético en las células vegetales. Otros métodos incluyen la biolística , donde partículas de oro o tungsteno se recubren con ADN y luego se inyectan en células de plantas jóvenes, y la electroporación , que implica el uso de una descarga eléctrica para hacer que la membrana celular sea permeable al ADN plasmídico.

Como solo se transforma una sola célula con material genético, el organismo debe regenerarse a partir de esa sola célula. En las plantas esto se logra mediante el uso de cultivo de tejidos . En los animales es necesario asegurarse de que el ADN insertado esté presente en las células madre embrionarias . Las bacterias constan de una sola célula y se reproducen clonalmente, por lo que no es necesaria la regeneración. Los marcadores seleccionables se utilizan para diferenciar fácilmente las células transformadas de las no transformadas. Estos marcadores suelen estar presentes en el organismo transgénico, aunque se han desarrollado varias estrategias que pueden eliminar el marcador seleccionable de la planta transgénica madura.

A. tumefaciens adhiriéndose a una célula de zanahoria

Se realizan más pruebas mediante PCR, hibridación de Southern y secuenciación de ADN para confirmar que un organismo contiene el nuevo gen. Estas pruebas también pueden confirmar la ubicación cromosómica y el número de copias del gen insertado. La presencia del gen no garantiza que se expresará en los niveles apropiados en el tejido objetivo, por lo que también se utilizan métodos que buscan y miden los productos del gen (ARN y proteína). Estos incluyen hibridación Northern , RT-PCR cuantitativa , Western blot , inmunofluorescencia , ELISA y análisis fenotípico.

El nuevo material genético puede insertarse aleatoriamente dentro del genoma del huésped o dirigirse a una ubicación específica. La técnica de selección de genes utiliza la recombinación homóloga para realizar los cambios deseados en un gen endógeno específico. Esto tiende a ocurrir con una frecuencia relativamente baja en plantas y animales y generalmente requiere el uso de marcadores seleccionables . La frecuencia de selección de genes puede mejorarse en gran medida mediante la edición del genoma . La edición del genoma utiliza nucleasas diseñadas artificialmente que crean roturas de doble cadena específicas en las ubicaciones deseadas del genoma y utilizan los mecanismos endógenos de la célula para reparar la rotura inducida por los procesos naturales de recombinación homóloga y unión de extremos no homólogos . Hay cuatro familias de nucleasas diseñadas: meganucleasas , nucleasas con dedos de zinc, nucleasas efectoras similares a activadores de transcripción (TALEN) y el sistema Cas9-guideRNA (adaptado de CRISPR ). TALEN y CRISPR son los dos más utilizados y cada uno tiene sus propias ventajas. Los TALEN tienen una mayor especificidad de destino, mientras que CRISPR es más fácil de diseñar y más eficiente. Además de mejorar la selección de genes, las nucleasas modificadas pueden usarse para introducir mutaciones en genes endógenos que generan una desactivación de genes .

Aplicaciones

La ingeniería genética tiene aplicaciones en medicina, investigación, industria y agricultura y se puede utilizar en una amplia gama de plantas, animales y microorganismos. Las bacterias , los primeros organismos modificados genéticamente, pueden tener ADN plasmídico insertado que contiene nuevos genes que codifican medicamentos o enzimas que procesan alimentos y otros sustratos . Las plantas han sido modificadas para protección contra insectos, resistencia a herbicidas, resistencia a virus, nutrición mejorada, tolerancia a las presiones ambientales y la producción de vacunas comestibles . La mayoría de los OGM comercializados son plantas de cultivo resistentes a insectos o tolerantes a herbicidas. Los animales modificados genéticamente se han utilizado para la investigación, animales modelo y la producción de productos agrícolas o farmacéuticos. Los animales modificados genéticamente incluyen animales con genes eliminados , mayor susceptibilidad a las enfermedades , hormonas para un crecimiento adicional y la capacidad de expresar proteínas en su leche.

Medicamento

La ingeniería genética tiene muchas aplicaciones en la medicina que incluyen la fabricación de fármacos, la creación de modelos animales que imitan las condiciones humanas y la terapia génica . Uno de los primeros usos de la ingeniería genética fue la producción masiva de insulina humana en bacterias. Esta aplicación se ha aplicado ahora a las hormonas de crecimiento humano, las hormonas estimulantes del folículo (para tratar la infertilidad), la albúmina humana , los anticuerpos monoclonales , los factores antihemofílicos , las vacunas y muchos otros medicamentos. Los hibridomas de ratón , células fusionadas para crear anticuerpos monoclonales , se han adaptado mediante ingeniería genética para crear anticuerpos monoclonales humanos. Se están desarrollando virus modificados genéticamente que aún pueden conferir inmunidad, pero carecen de las secuencias infecciosas .

La ingeniería genética también se utiliza para crear modelos animales de enfermedades humanas. Los ratones modificados genéticamente son el modelo animal modificado genéticamente más común. Se han utilizado para estudiar y modelar el cáncer (el oncomouse ), la obesidad, las enfermedades cardíacas, la diabetes, la artritis, el abuso de sustancias, la ansiedad, el envejecimiento y la enfermedad de Parkinson. Las curas potenciales se pueden probar contra estos modelos de ratón.

La terapia génica es la ingeniería genética de los humanos , generalmente reemplazando genes defectuosos por otros efectivos. Se han realizado investigaciones clínicas utilizando la terapia génica somática con varias enfermedades, incluida la SCID ligada al cromosoma X , la leucemia linfocítica crónica (LLC) y la enfermedad de Parkinson . En 2012, Alipogene tiparvovec se convirtió en el primer tratamiento de terapia génica aprobado para uso clínico. En 2015, se usó un virus para insertar un gen saludable en las células de la piel de un niño que padecía una enfermedad rara de la piel, la epidermólisis ampollosa , para crecer y luego injertar piel sana en el 80 por ciento del cuerpo del niño que estaba afectado por la enfermedad.

La terapia génica de línea germinal daría como resultado que cualquier cambio sea hereditario, lo que ha generado preocupación dentro de la comunidad científica. En 2015, se utilizó CRISPR para editar el ADN de embriones humanos no viables , lo que llevó a los científicos de las principales academias mundiales a pedir una moratoria en las ediciones hereditarias del genoma humano. También existe la preocupación de que la tecnología pueda usarse no solo para el tratamiento, sino también para mejorar, modificar o alterar la apariencia, la adaptabilidad, la inteligencia, el carácter o el comportamiento de los seres humanos. La distinción entre cura y mejora también puede ser difícil de establecer. En noviembre de 2018, He Jiankui anunció que había editado los genomas de dos embriones humanos para intentar desactivar el gen CCR5 , que codifica un receptor que el VIH usa para ingresar a las células. El trabajo fue ampliamente condenado como poco ético, peligroso y prematuro. Actualmente, la modificación de la línea germinal está prohibida en 40 países. Los científicos que realizan este tipo de investigación a menudo dejan que los embriones crezcan durante unos días sin permitir que se conviertan en un bebé.

Los investigadores están alterando el genoma de los cerdos para inducir el crecimiento de órganos humanos, con el objetivo de aumentar el éxito del trasplante de órganos porcinos a humanos . Los científicos están creando "impulsores genéticos", cambiando los genomas de los mosquitos para hacerlos inmunes a la malaria, y luego buscan propagar los mosquitos genéticamente alterados entre la población de mosquitos con la esperanza de eliminar la enfermedad.

Investigar

Células humanas en las que algunas proteínas se fusionan con proteína fluorescente verde para permitir su visualización

La ingeniería genética es una herramienta importante para los científicos naturales , siendo la creación de organismos transgénicos una de las herramientas más importantes para el análisis de la función de los genes. Los genes y otra información genética de una amplia gama de organismos se pueden insertar en bacterias para su almacenamiento y modificación, creando bacterias modificadas genéticamente en el proceso. Las bacterias son baratas, fáciles de cultivar, clonales , se multiplican rápidamente, son relativamente fáciles de transformar y se pueden almacenar a -80 °C casi indefinidamente. Una vez que se aísla un gen, se puede almacenar dentro de la bacteria proporcionando un suministro ilimitado para la investigación.

Los organismos se manipulan genéticamente para descubrir las funciones de ciertos genes. Este podría ser el efecto sobre el fenotipo del organismo, dónde se expresa el gen o con qué otros genes interactúa. Estos experimentos generalmente implican pérdida de función, ganancia de función, seguimiento y expresión.

  • Experimentos de pérdida de función , como en un experimento de eliminación de genes , en el que se modifica un organismo para que carezca de la actividad de uno o más genes. En un golpe de gracia simple, se ha alterado una copia del gen deseado para que no sea funcional. Las células madre embrionarias incorporan el gen alterado, que reemplaza la copia funcional ya presente. Estas células madre se inyectan en blastocistos , que se implantan en madres sustitutas. Esto le permite al experimentador analizar los defectos causados ​​por esta mutación y, por lo tanto, determinar el papel de genes particulares. Se utiliza con especial frecuencia en biología del desarrollo . Cuando esto se hace mediante la creación de una biblioteca de genes con mutaciones puntuales en cada posición en el área de interés, o incluso en cada posición en el gen completo, esto se denomina "mutagénesis de exploración". El método más simple, y el primero que se utiliza, es el "escaneo de alanina", donde cada posición a su vez se muta al aminoácido no reactivo alanina .
  • Experimentos de ganancia de función , la contrapartida lógica de los knockouts. A veces se realizan junto con experimentos de inactivación para establecer con mayor precisión la función del gen deseado. El proceso es muy similar al de la ingeniería de inactivación, excepto que la construcción está diseñada para aumentar la función del gen, generalmente proporcionando copias adicionales del gen o induciendo la síntesis de la proteína con mayor frecuencia. La ganancia de función se usa para saber si una proteína es suficiente o no para una función, pero no siempre significa que sea necesaria, especialmente cuando se trata de redundancia genética o funcional.
  • Experimentos de seguimiento , que buscan obtener información sobre la localización e interacción de la proteína deseada. Una forma de hacer esto es reemplazar el gen de tipo salvaje con un gen de "fusión", que es una yuxtaposición del gen de tipo salvaje con un elemento de información como la proteína fluorescente verde (GFP) que permitirá una fácil visualización de los productos. de la modificación genética. Si bien esta es una técnica útil, la manipulación puede destruir la función del gen, creando efectos secundarios y posiblemente cuestionando los resultados del experimento. Ahora se están desarrollando técnicas más sofisticadas que pueden rastrear productos proteicos sin mitigar su función, como la adición de pequeñas secuencias que servirán como motivos de unión a anticuerpos monoclonales.
  • Los estudios de expresión tienen como objetivo descubrir dónde y cuándo se producen proteínas específicas. En estos experimentos, la secuencia de ADN anterior al ADN que codifica una proteína, conocida como promotor de un gen , se reintroduce en un organismo con la región codificante de la proteína reemplazada por un gen informador como GFP o una enzima que cataliza la producción de un colorante. . Así se puede observar el tiempo y el lugar donde se produce una determinada proteína. Los estudios de expresión pueden ir un paso más allá alterando el promotor para encontrar qué piezas son cruciales para la expresión adecuada del gen y están realmente unidas por las proteínas del factor de transcripción; este proceso se conoce como ataque al promotor .

Industrial

Productos de ingeniería genética

Los organismos pueden transformar sus células con un gen que codifica una proteína útil, como una enzima, para que sobreexpresen la proteína deseada. Luego se pueden fabricar cantidades masivas de la proteína cultivando el organismo transformado en un equipo de biorreactor usando fermentación industrial y luego purificando la proteína. Algunos genes no funcionan bien en las bacterias, por lo que también se pueden utilizar levaduras, células de insectos o células de mamíferos. Estas técnicas se utilizan para producir medicamentos como la insulina , la hormona del crecimiento humano y vacunas , suplementos como el triptófano , ayudan en la producción de alimentos ( quimosina en la fabricación de queso) y combustibles. Otras aplicaciones con bacterias modificadas genéticamente podrían implicar hacer que realicen tareas fuera de su ciclo natural, como producir biocombustibles , limpiar derrames de petróleo, carbón y otros desechos tóxicos y detectar arsénico en el agua potable. Ciertos microbios modificados genéticamente también se pueden utilizar en biominería y biorremediación , debido a su capacidad para extraer metales pesados ​​de su entorno e incorporarlos a compuestos que son más fácilmente recuperables.

En la ciencia de los materiales , un virus modificado genéticamente se ha utilizado en un laboratorio de investigación como andamio para ensamblar una batería de iones de litio más respetuosa con el medio ambiente . Las bacterias también han sido diseñadas para funcionar como sensores al expresar una proteína fluorescente bajo ciertas condiciones ambientales.

Agricultura

Las toxinas Bt presentes en las hojas de maní (imagen inferior) las protegen del daño extenso causado por las larvas del barrenador menor del tallo de maíz (imagen superior).

Una de las aplicaciones más conocidas y controvertidas de la ingeniería genética es la creación y el uso de cultivos modificados genéticamente o ganado modificado genéticamente para producir alimentos modificados genéticamente . Los cultivos se han desarrollado para aumentar la producción, aumentar la tolerancia al estrés abiótico , alterar la composición de los alimentos o producir productos novedosos.

Los primeros cultivos que se lanzaron comercialmente a gran escala brindaron protección contra plagas de insectos o tolerancia a los herbicidas . También se han desarrollado o están en desarrollo cultivos resistentes a hongos y virus. Esto facilita el manejo de insectos y malezas de los cultivos y puede aumentar indirectamente el rendimiento de los cultivos. También se están desarrollando cultivos transgénicos que mejoran directamente el rendimiento acelerando el crecimiento o haciendo que la planta sea más resistente (al mejorar la tolerancia a la sal, el frío o la sequía). En 2016 , el salmón se modificó genéticamente con hormonas de crecimiento para alcanzar el tamaño adulto normal mucho más rápido.

Se han desarrollado OGM que modifican la calidad de los productos aumentando el valor nutricional o proporcionando calidades o cantidades más útiles industrialmente. La patata Amflora produce una mezcla de almidones más útil industrialmente. La soja y la canola se han modificado genéticamente para producir aceites más saludables. El primer alimento transgénico comercializado fue un tomate que había retrasado su maduración, aumentando su vida útil .

Las plantas y los animales han sido diseñados para producir materiales que normalmente no fabrican. Pharming utiliza cultivos y animales como biorreactores para producir vacunas, fármacos intermedios o los propios fármacos; el producto útil se purifica de la cosecha y luego se usa en el proceso de producción farmacéutica estándar. Se han diseñado vacas y cabras para expresar fármacos y otras proteínas en su leche, y en 2009 la FDA aprobó un fármaco producido en la leche de cabra.

Otras aplicaciones

La ingeniería genética tiene aplicaciones potenciales en la conservación y el manejo de áreas naturales. La transferencia de genes a través de vectores virales se ha propuesto como un medio para controlar especies invasoras y vacunar a la fauna amenazada contra enfermedades. Se han sugerido árboles transgénicos como una forma de conferir resistencia a patógenos en poblaciones silvestres. Con los crecientes riesgos de mala adaptación en los organismos como resultado del cambio climático y otras perturbaciones, la adaptación facilitada a través del ajuste de genes podría ser una solución para reducir los riesgos de extinción. Hasta ahora, las aplicaciones de la ingeniería genética en la conservación son en su mayoría teóricas y aún no se han puesto en práctica.

La ingeniería genética también se está utilizando para crear arte microbiano . Algunas bacterias han sido manipuladas genéticamente para crear fotografías en blanco y negro. También se han producido mediante ingeniería genética artículos novedosos como claveles de color lavanda , rosas azules y peces brillantes .

Regulación

La regulación de la ingeniería genética se refiere a los enfoques adoptados por los gobiernos para evaluar y gestionar los riesgos asociados con el desarrollo y la liberación de OMG. El desarrollo de un marco regulatorio comenzó en 1975, en Asilomar , California. La reunión de Asilomar recomendó un conjunto de pautas voluntarias con respecto al uso de tecnología recombinante. A medida que la tecnología mejoró, EE. UU. estableció un comité en la Oficina de Ciencia y Tecnología , que asignó la aprobación regulatoria de los alimentos GM al USDA, FDA y EPA. El Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad , un tratado internacional que rige la transferencia, manejo y uso de OGM, fue adoptado el 29 de enero de 2000. Ciento cincuenta y siete países son miembros del Protocolo y muchos lo utilizan como punto de referencia para sus reglamentos propios.

El estatus legal y regulatorio de los alimentos GM varía según el país, con algunas naciones prohibiéndolos o restringiéndolos, y otros permitiéndolos con grados de regulación muy diferentes. Algunos países permiten la importación de alimentos GM con autorización, pero no permiten su cultivo (Rusia, Noruega, Israel) o tienen disposiciones para el cultivo aunque todavía no se produzcan productos GM (Japón, Corea del Sur). La mayoría de los países que no permiten el cultivo de OGM sí permiten la investigación. Algunas de las diferencias más marcadas se dan entre Estados Unidos y Europa. La política estadounidense se centra en el producto (no en el proceso), solo analiza los riesgos científicos verificables y utiliza el concepto de equivalencia sustancial . La Unión Europea, por el contrario, tiene posiblemente las regulaciones de OGM más estrictas del mundo. Todos los OGM, junto con los alimentos irradiados , se consideran "alimentos nuevos" y están sujetos a una evaluación exhaustiva, caso por caso y con base científica por parte de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria . Los criterios para la autorización se dividen en cuatro grandes categorías: "seguridad", "libertad de elección", "etiquetado" y "rastreabilidad". El nivel de regulación en otros países que cultivan OGM se encuentra entre Europa y Estados Unidos.

Organismos reguladores por región geográfica
Región Reguladores notas
A NOSOTROS USDA , FDA y EPA
Europa Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria
Canadá Health Canada y la Agencia Canadiense de Inspección de Alimentos Productos regulados con características novedosas independientemente del método de origen
África Mercado Común para África Oriental y Meridional La decisión final recae en cada país individualmente.
Porcelana Oficina de Ingeniería Genética Agrícola Administración de Bioseguridad
India Comité Institucional de Bioseguridad, Comité de Revisión de Manipulación Genética y Comité de Aprobación de Ingeniería Genética
Argentina Comité Consultivo Nacional de Biotecnología Agropecuaria (impacto ambiental), Servicio Nacional de Sanidad y Calidad Agroalimentaria (inocuidad de los alimentos) y Dirección Nacional de Agronegocios (efecto en el comercio) Decisión final tomada por la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Pesca y Alimentación.
Brasil Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (seguridad ambiental y alimentaria) y Consejo de Ministros (temas comerciales y económicos)
Australia Oficina del Regulador de Tecnología Genética (supervisa todos los productos GM), Administración de Bienes Terapéuticos (medicamentos GM) y Food Standards Australia New Zealand (alimentos GM). Los gobiernos estatales individuales pueden luego evaluar el impacto de la liberación en los mercados y el comercio y aplicar legislación adicional para controlar los productos genéticamente modificados aprobados.

Uno de los temas clave que preocupan a los reguladores es si los productos GM deben etiquetarse. La Comisión Europea dice que el etiquetado y la trazabilidad obligatorios son necesarios para permitir una elección informada, evitar posibles publicidades falsas y facilitar la retirada de productos si se descubren efectos adversos para la salud o el medio ambiente. La Asociación Médica Estadounidense y la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia dicen que la falta de evidencia científica de daño, incluso el etiquetado voluntario, es engañoso y alarmará falsamente a los consumidores. El etiquetado de productos OMG en el mercado es obligatorio en 64 países. El etiquetado puede ser obligatorio hasta un umbral de contenido GM (que varía entre países) o voluntario. En Canadá y EE. UU., el etiquetado de los alimentos GM es voluntario, mientras que en Europa todos los alimentos (incluidos los alimentos procesados ) o piensos que contengan más del 0,9 % de OGM aprobados deben etiquetarse.

Controversia

Los críticos se han opuesto al uso de la ingeniería genética por varios motivos, incluidas preocupaciones éticas, ecológicas y económicas. Muchas de estas preocupaciones involucran cultivos transgénicos y si los alimentos producidos a partir de ellos son seguros y qué impacto tendrá su cultivo en el medio ambiente. Estas controversias han dado lugar a litigios, disputas comerciales internacionales y protestas, y a la regulación restrictiva de productos comerciales en algunos países.

Las acusaciones de que los científicos están " jugando a ser Dios " y otras cuestiones religiosas se han atribuido a la tecnología desde el principio. Otras cuestiones éticas planteadas incluyen el patentamiento de la vida , el uso de los derechos de propiedad intelectual, el nivel de etiquetado de los productos, el control del suministro de alimentos y la objetividad del proceso regulatorio. Aunque se han planteado dudas, económicamente la mayoría de los estudios han encontrado que los cultivos transgénicos son beneficiosos para los agricultores.

El flujo de genes entre cultivos transgénicos y plantas compatibles, junto con un mayor uso de herbicidas selectivos , puede aumentar el riesgo de que se desarrollen " supermalezas ". Otras preocupaciones ambientales involucran impactos potenciales en organismos no objetivo, incluidos los microbios del suelo , y un aumento en las plagas de insectos secundarias y resistentes. Muchos de los impactos ambientales relacionados con los cultivos transgénicos pueden tardar muchos años en comprenderse y también son evidentes en las prácticas agrícolas convencionales. Con la comercialización de peces genéticamente modificados, existe preocupación sobre cuáles serán las consecuencias ambientales si se escapan.

Hay tres preocupaciones principales sobre la seguridad de los alimentos modificados genéticamente: si pueden provocar una reacción alérgica ; si los genes podrían transferirse de los alimentos a las células humanas; y si los genes no aprobados para el consumo humano podrían cruzarse con otros cultivos. Existe un consenso científico de que los alimentos actualmente disponibles derivados de cultivos GM no representan un mayor riesgo para la salud humana que los alimentos convencionales, pero que cada alimento GM debe probarse caso por caso antes de su introducción. No obstante, los miembros del público son menos propensos que los científicos a percibir los alimentos GM como seguros.

En la cultura popular

Características de la ingeniería genética en muchas historias de ciencia ficción . La novela de Frank Herbert La peste blanca describe el uso deliberado de la ingeniería genética para crear un patógeno que mata específicamente a las mujeres. Otra de las creaciones de Herbert, la serie de novelas Dune , utiliza la ingeniería genética para crear al poderoso tleilaxu . Pocas películas han informado al público sobre la ingeniería genética, con la excepción de The Boys from Brazil de 1978 y Jurassic Park de 1993 , las cuales hacen uso de una lección, una demostración y un clip de película científica. Los métodos de ingeniería genética están débilmente representados en el cine; Michael Clark, que escribe para Wellcome Trust , llama a la representación de la ingeniería genética y la biotecnología "seriamente distorsionada" en películas como The 6th Day . En opinión de Clark, la biotecnología generalmente "tiene formas fantásticas pero visualmente llamativas", mientras que la ciencia se relega a un segundo plano o se convierte en ficción para adaptarse a una audiencia joven.

En el videojuego de 2007, BioShock , la ingeniería genética juega un papel importante en la historia central y el universo. El juego tiene lugar en la distopía submarina ficticia Rapture , en la que sus habitantes poseen habilidades genéticas sobrehumanas después de inyectarse "plásmidos", un suero que otorga tales poderes. También en la ciudad de Rapture hay "Little Sisters", niñas pequeñas diseñadas genéricamente, así como una trama secundaria en la que una cantante de cabaret vende su feto a científicos genéticos que implantan recuerdos falsos en el recién nacido y lo modifican genéticamente para que crezca. en un adulto.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

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