Bacterias genéticamente modificadas - Genetically modified bacteria
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| Ingeniería genética |
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| Organismos genéticamente modificados |
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Las bacterias genéticamente modificadas fueron los primeros organismos que se modificaron en el laboratorio, debido a su genética simple. Estos organismos se utilizan ahora para varios propósitos y son particularmente importantes en la producción de grandes cantidades de proteínas humanas puras para uso en medicina.
Historia
El primer ejemplo de esto ocurrió en 1978 cuando Herbert Boyer , que trabajaba en un laboratorio de la Universidad de California, tomó una versión del gen de la insulina humana y la insertó en la bacteria Escherichia coli para producir insulina "humana" sintética . Cuatro años más tarde, fue aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU .
Investigación
Las bacterias fueron los primeros organismos en ser modificados genéticamente en el laboratorio, debido a la relativa facilidad para modificar sus cromosomas. Esta facilidad los convirtió en herramientas importantes para la creación de otros OGM. 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, son relativamente fáciles de transformar 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. La gran cantidad de plásmidos personalizados hace que la manipulación del ADN extraído de bacterias sea relativamente fácil.
Su facilidad de uso los ha convertido en excelentes herramientas para los científicos que buscan estudiar la función y la evolución de los genes . La mayor parte de la manipulación del ADN tiene lugar dentro de plásmidos bacterianos antes de transferirse a otro huésped. Las bacterias son el organismo modelo más simple y la mayor parte de nuestra comprensión inicial de la biología molecular proviene del estudio de Escherichia coli . 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. En el campo de la biología sintética , se han utilizado para probar varios enfoques sintéticos, desde la síntesis de genomas hasta la creación de nuevos nucleótidos .
Comida
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 ha ido la mayor parte de la investigación sobre bacterias productoras de alimentos mediante ingeniería genética. Las bacterias pueden modificarse para operar de manera más eficiente, reducir la producción de subproductos tóxicos, aumentar la producción, crear compuestos mejorados y eliminar vías innecesarias . 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.
En queso
La quimosina es una enzima que se encuentra en el estómago de un ternero. Esto ayuda al ternero a descomponer la leche para digerirla. La quimosina es necesaria para hacer queso. Convierte la leche en queso. Los científicos han encontrado una manera de alterar la levadura para hacer crecer las enzimas quimosina para hacer queso. Este proceso es mucho más eficiente porque previamente los terneros tenían que ser sacrificados para extraer la quimosina del revestimiento interno del estómago. También ofrece una forma vegetariana de hacer queso. Depende de qué y cómo realice el proceso la bacteria.
Industrial
Las bacterias genéticamente modificadas se utilizan para producir grandes cantidades de proteínas para uso industrial. Generalmente, las bacterias crecen a un gran volumen antes de que se active el gen que codifica la proteína. Luego se recolectan las bacterias y se purifica la proteína deseada de ellas. El alto costo de extracción y purificación ha significado que solo se hayan producido productos de alto valor a escala industrial.
Producción farmacéutica
La mayoría de los productos industriales de bacterias son proteínas humanas para su uso en medicina. Muchas de estas proteínas son imposibles o difíciles de obtener a través de métodos naturales y es menos probable que estén contaminadas con patógenos, lo que las hace más seguras. Antes de los productos de proteínas recombinantes, varios tratamientos se derivaban de cadáveres u otros fluidos corporales donados y podían transmitir enfermedades. De hecho, la transfusión de hemoderivados había dado lugar anteriormente a una infección no intencionada de hemofílicos con VIH o hepatitis C ; de manera similar, el tratamiento con hormona de crecimiento humana derivada de glándulas pituitarias de cadáveres puede haber provocado brotes de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob .
El primer uso medicinal de las bacterias transgénicas fue producir la proteína insulina para tratar la diabetes . Otros medicamentos producidos incluyen factores de coagulación para tratar la hemofilia , hormona de crecimiento humana para tratar diversas formas de enanismo , interferón para tratar algunos cánceres, eritropoyetina para pacientes anémicos y activador del plasminógeno tisular que disuelve los coágulos sanguíneos. Fuera de la medicina, se han utilizado para producir biocombustibles . 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.
Salud
Con una mayor comprensión del papel que juega el microbioma en la salud humana, existe la posibilidad de tratar enfermedades alterando genéticamente 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. Las bacterias que generalmente causan caries se han diseñado para que ya no produzcan ácido láctico que corroe los dientes . Estas bacterias transgénicas, si se les permite colonizar la boca de una persona, tal vez podrían reducir la formación de caries. Los microbios transgénicos también se han utilizado en investigaciones recientes para matar u obstaculizar tumores y para combatir la enfermedad de Crohn .
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 generar preocupaciones de seguridad, ya que las interacciones entre las bacterias y el cuerpo humano se comprenden menos que con los medicamentos tradicionales.
Un ejemplo de dicho intermedio, que solo forma colonias a corto plazo en el tracto gastrointestinal , puede ser Lactobacillus Acidophilus MPH734 . Se utiliza como específico en el tratamiento de la intolerancia a la lactosa . Esta versión genéticamente modificada de la bacteria Lactobacillus acidophilus produce una enzima faltante llamada lactasa que se usa para la digestión de la lactosa que se encuentra en los productos lácteos o, más comúnmente, en los alimentos preparados con productos lácteos. La colonia a corto plazo se induce durante un régimen de tratamiento de 21 píldoras de una semana, después de lo cual, la colonia temporal puede producir lactasa durante tres meses o más antes de que se elimine del cuerpo mediante procesos naturales. El régimen de inducción puede repetirse tantas veces como sea necesario para mantener la protección contra los síntomas de intolerancia a la lactosa, o puede interrumpirse sin consecuencias, excepto el regreso de los síntomas originales.
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.
Agricultura
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 del hielo más y conferir cierta resistencia a las heladas.
Otros usos
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. También se han desarrollado bacterias GM para lixiviar el cobre del mineral, limpiar la contaminación por mercurio y detectar el arsénico en el agua potable. Bioart también se ha creado utilizando bacterias modificadas genéticamente. En la década de 1980, el artista Joe Davis y el 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 . Esto dio un paso más en 2012, cuando se codificó un libro completo en ADN. También se han realizado pinturas utilizando bacterias transformadas con proteínas fluorescentes.
Productos transgénicos sintetizados por bacterias
- Insulina
- Vacuna contra la hepatitis B
- Activador del plasminógeno tisular
- Hormona del crecimiento humano
- Bacterias sin hielo
- Interferón
- Maíz bt
- Terraformación § Otras posibilidades
Referencias
Otras lecturas
- Karl Drlica (2004). Comprensión del ADN y la clonación genética: una guía para los curiosos (4ª ed.). ISBN 978-0-471-43416-0 .