organismo modificado genéticamente

Un organismo genéticamente modificado ( OGM ) es cualquier organismo cuyo material genético ha sido alterado mediante técnicas de ingeniería genética . La definición exacta de un organismo genéticamente modificado y lo que constituye ingeniería genética varía, siendo la más común un organismo alterado de una manera que "no ocurre naturalmente por apareamiento y/o recombinación natural ". ^{[ 1 ]} Una amplia variedad de organismos han sido modificados genéticamente (GM), incluyendo animales, plantas y microorganismos.

La modificación genética puede incluir la introducción de nuevos genes o la mejora, alteración o eliminación de genes endógenos . En algunas modificaciones genéticas, los genes se transfieren dentro de la misma especie , entre especies (creando organismos transgénicos) e incluso entre reinos . La creación de un organismo genéticamente modificado es un proceso de múltiples pasos. Los ingenieros genéticos deben aislar el gen que desean insertar en el organismo huésped y combinarlo con otros elementos genéticos, incluyendo una región promotora y terminadora y, a menudo, un marcador seleccionable . Existen varias técnicas disponibles para insertar el gen aislado en el genoma del huésped . Los avances recientes en el uso de técnicas de edición del genoma , en particular CRISPR , han simplificado mucho la producción de OGM. 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 en ser comercializado fue el GloFish (2003) y el primer animal modificado genéticamente en ser aprobado para uso alimentario fue el salmón AquAdvantage en 2015.

Las bacterias son los organismos más fáciles de modificar genéticamente y se han utilizado para la investigación, la producción de alimentos, la purificación industrial de proteínas (incluidos fármacos), la agricultura y el arte. Existe potencial para utilizarlas con fines ambientales o como medicina. Los hongos se han modificado genéticamente con objetivos muy similares. Los virus desempeñan un papel importante como vectores para insertar información genética en otros organismos. Este uso es especialmente relevante para la terapia génica humana . Existen propuestas para eliminar los genes virulentos de los virus para crear vacunas. Las plantas se han modificado genéticamente para la investigación científica, para crear nuevos colores en las plantas, administrar vacunas y crear cultivos mejorados. Los cultivos modificados genéticamente son los OMG más controvertidos públicamente, a pesar de tener los mayores beneficios para la salud humana y el medio ambiente. ^{[ 2 ]} Los animales son generalmente 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 humanos. El ganado se modifica con la intención de mejorar rasgos 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 peces modificados genéticamente se utilizan para la investigación científica, como mascotas y como fuente de alimento. La ingeniería genética se ha propuesto como una forma de controlar los mosquitos, vectores de muchas enfermedades mortales. Si bien 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 numerosas objeciones al desarrollo de los OGM, en particular a su comercialización. Muchas de ellas se refieren a los cultivos transgénicos y a la seguridad de los alimentos producidos a partir de ellos, así como al impacto ambiental de su cultivo. Otras preocupaciones incluyen la objetividad y el rigor de las autoridades reguladoras, la contaminación de los alimentos no modificados genéticamente, el control del suministro de alimentos , la patentación de la vida y el uso de los derechos de propiedad intelectual . Si bien 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 un tema prioritario para los críticos. El flujo genético , el impacto en organismos no objetivo y la fuga de genes son las principales preocupaciones ambientales. Los países han adoptado medidas regulatorias para abordar estas preocupaciones. Existen diferencias en la regulación de la liberación de OGM entre países, siendo algunas de las más marcadas entre Estados Unidos y Europa. Entre las cuestiones clave que preocupan a los reguladores se encuentran el etiquetado de los alimentos transgénicos y el estatus de los organismos modificados genéticamente.

La definición de un organismo genéticamente modificado (OGM) no es clara y varía ampliamente entre países, organismos internacionales y otras comunidades. En su sentido más amplio, la definición de un OGM puede incluir cualquier cosa cuyos genes hayan sido alterados, incluso por la naturaleza. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Adoptando una visión menos amplia, puede abarcar cualquier organismo 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 probeta), los bancos de esperma , la clonación y la manipulación genética". ^{[ 5 ]} La Unión Europea (UE) incluyó una definición igualmente amplia en revisiones iniciales, mencionando específicamente los OGM producidos por " mejora selectiva y otros medios de selección artificial". ^{[ 6 ]} Estas definiciones se ajustaron rápidamente con una serie de excepciones añadidas como resultado de la presión de las comunidades científicas y agrícolas, así como de los avances en la ciencia. La definición de la UE excluyó posteriormente la cría tradicional, la fertilización in vitro, la inducción de poliploidía , la cría por mutación y las técnicas de fusión celular que no utilizan ácidos nucleicos recombinantes ni un organismo genéticamente modificado en el proceso. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

Otro enfoque fue la definición proporcionada por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura , la Organización Mundial de la Salud y la Comisión Europea , que establece que los organismos deben ser alterados de una manera que "no ocurra naturalmente por apareamiento y/o recombinación natural ". ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} El progreso en la ciencia, como el descubrimiento de que la transferencia horizontal de genes es un fenómeno natural relativamente común, aumentó aún más la confusión sobre lo que "ocurre naturalmente", lo que llevó a más ajustes y excepciones. ^{[ 13 ]} Hay ejemplos de cultivos que se ajustan a esta definición, pero que normalmente no se consideran OGM. ^{[ 14 ]} Por ejemplo, el cultivo de grano triticale fue desarrollado completamente en un laboratorio en 1930 utilizando varias técnicas para alterar su genoma. ^{[ 15 ]}

El término organismo genéticamente modificado (OGM) puede considerarse más preciso que el término organismo genéticamente modificado (OGM) al describir los genomas de organismos que han sido manipulados directamente con biotecnología. [ 16 ] [ 8 ] El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología utilizó el sinónimo organismo vivo modificado ( ^{OLM ) en 2000 y lo} definió como " cualquier organismo vivo que posea una combinación novedosa de material genético obtenido mediante el uso de biotecnología moderna". ^{[ 17 ]} La biotecnología moderna se define además como "técnicas de ácidos nucleicos in vitro, incluyendo el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácidos nucleicos en células u orgánulos, o la fusión de células más allá de la familia taxonómica". ^{[ 18 ]}

Originalmente, el término OGM no era comúnmente utilizado por los científicos para describir organismos genéticamente modificados hasta que su uso se popularizó en los medios de comunicación. ^{[ 19 ]} El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) considera que los OGM son plantas o animales con cambios hereditarios introducidos mediante ingeniería genética o métodos tradicionales, mientras que el término OGM se refiere específicamente a organismos con genes introducidos, eliminados o reordenados mediante biología molecular, en particular técnicas de ADN recombinante , como la transgénesis . ^{[ 20 ]}

Las definiciones se centran más en el proceso que en el producto, lo que significa que podría haber OGM y no OGM con genotipos y fenotipos muy similares. ^{[ 21 ] [ 22 ]} Esto ha llevado a los científicos a etiquetarlo como una categoría científicamente sin sentido, ^{[ 23 ]} diciendo que es imposible agrupar todos los diferentes tipos de OGM bajo una definición común. ^{[ 24 ]} También ha causado problemas a las instituciones y grupos orgánicos que buscan prohibir los OGM. ^{[ 25 ] [ 26 ]} También plantea problemas a medida que se desarrollan nuevos procesos. Las definiciones actuales surgieron antes de que la edición del genoma se popularizara y hay cierta confusión sobre si son OGM. La UE ha decidido que está ^{[ 27 ]} cambiando su definición de OGM para incluir "organismos obtenidos por mutagénesis ", pero ha excluido de la regulación aquellos "obtenidos por medio de ciertas técnicas de mutagénesis, es decir, aquellos que se han utilizado convencionalmente en varias aplicaciones y tienen un largo historial de seguridad". Esto se refiere a la mutagénesis aleatoria tradicional (radiación/ mutación química ) ^{[ 28 ]} y no excluiría las "nuevas técnicas" (especialmente las que han surgido desde la adopción de la directiva sobre OMG), como la edición genética. ^{[ 9 ]} Por el contrario, el USDA ha dictaminado que los organismos editados genéticamente no se consideran OMG. ^{[ 29 ]}

Aún mayor inconsistencia y confusión se asocia con los diversos esquemas de etiquetado "sin OMG" o "libres de OMG" en la comercialización de alimentos, donde incluso productos como el agua o la sal, que no contienen sustancias orgánicas ni material genético (y por lo tanto no pueden ser modificados genéticamente por definición), se etiquetan para crear la impresión de ser "más saludables". ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}

La creación de un organismo genéticamente modificado (OGM) es un proceso de varias etapas. Los ingenieros genéticos deben aislar el gen que desean insertar en el organismo huésped. Este gen puede obtenerse de una célula ^{[ 33 ]} o sintetizarse artificialmente ^{[ 34 ]} . Si el gen elegido o el genoma del organismo donante ha sido bien estudiado, puede que ya esté disponible en una biblioteca genética . A continuación, el gen se combina con otros elementos genéticos, incluyendo una región promotora y terminadora y un marcador seleccionable ^{[ 35 ]} .

Existen varias técnicas disponibles para insertar el gen aislado en el genoma del huésped . Se puede inducir a las bacterias a incorporar ADN extraño, generalmente mediante choque térmico o electroporación . ^{[ 36 ]} 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 . ^{[ 37 ]} En las plantas, el ADN a menudo se inserta mediante recombinación mediada por Agrobacterium , ^{[ 38 ] [ 39 ]} biolística ^{[ 40 ]} o electroporación.

Como solo una célula se transforma con material genético, el organismo debe regenerarse a partir de esa única célula. En las plantas, esto se logra mediante cultivo de tejidos . ^{[ 41 ] [ 42 ]} En los animales, es necesario asegurar que el ADN insertado esté presente en las células madre embrionarias . ^{[ 38 ]} Se realizan pruebas adicionales mediante PCR , hibridación Southern y secuenciación de ADN para confirmar que un organismo contiene el nuevo gen. ^{[ 43 ]}

Tradicionalmente, el nuevo material genético se insertaba aleatoriamente dentro del genoma del huésped. Se han desarrollado técnicas de direccionamiento genético , que crean rupturas de doble cadena y aprovechan los sistemas naturales de reparación por recombinación homóloga de las células, para dirigir la inserción a ubicaciones exactas . La edición del genoma utiliza nucleasas diseñadas artificialmente que crean rupturas en puntos específicos. Hay cuatro familias de nucleasas diseñadas: meganucleasas , ^{[ 44 ] [ 45 ]} nucleasas de dedos de zinc , ^{[ 46 ] [ 47 ]} nucleasas efectoras tipo activador de la transcripción (TALENs), ^{[ 48 ] [ 49 ]} y el sistema Cas9-ARN guía (adaptado de CRISPR). ^{[ 50 ] [ 51 ]} TALEN y CRISPR son los dos más utilizados y cada uno tiene sus propias ventajas. ^{[ 52 ]} TALENs tienen mayor especificidad de objetivo, mientras que CRISPR es más fácil de diseñar y más eficiente. ^{[ 52 ]}

Los humanos han domesticado plantas y animales desde alrededor del 12.000 a. C., utilizando la cría selectiva o selección artificial (en contraste con la selección natural ). ^{[ 53 ] : 25} El proceso de cría selectiva , en el que los organismos con rasgos deseados (y por lo tanto con los genes deseados ) se utilizan para criar la siguiente generación y los organismos que carecen del rasgo no se crían, es un precursor del concepto moderno de modificación genética. ^{[ 54 ] : 1 [ 55 ] : 1} Varios avances en 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 . ^{[ 56 ] [ 57 ]}

Herbert Boyer y Stanley Cohen crearon el primer organismo genéticamente modificado en 1973. ^{[ 14 ]} Tomaron un gen de una bacteria que proporcionaba resistencia al antibiótico kanamicina , lo insertaron en un plásmido e indujeron a otras bacterias a incorporar el plásmido. Las bacterias que habían incorporado con éxito el plásmido pudieron sobrevivir en presencia de kanamicina. ^{[ 58 ]} Boyer y Cohen expresaron otros genes en bacterias. Esto incluyó genes del sapo Xenopus laevis en 1974, creando el primer OGM que expresaba un gen de un organismo de un reino diferente . ^{[ 59 ]}

En 1974, Rudolf Jaenisch creó un ratón transgénico introduciendo ADN extraño en su embrión, convirtiéndolo en el primer animal transgénico del mundo. ^{[ 60 ] [ 61 ]} Sin embargo, pasaron otros ocho años antes de que se desarrollaran ratones transgénicos que transmitieran el transgén a su descendencia. ^{[ 62 ] [ 63 ]} En 1984 se crearon ratones genéticamente modificados que portaban oncogenes clonados , lo que los predisponía a desarrollar cáncer. ^{[ 64 ]} En 1989 se crearon ratones con genes eliminados (denominados ratones knockout ). El primer ganado transgénico se produjo en 1985 ^{[ 65 ]} y los primeros animales en sintetizar proteínas transgénicas en su leche fueron ratones en 1987. ^{[ 66 ]} Los ratones fueron modificados genéticamente para producir el activador tisular del plasminógeno humano , una proteína involucrada en la descomposición de coágulos sanguíneos . ^{[ 67 ]}

En 1983, Michael W. Bevan , Richard B. Flavell y Mary-Dell Chilton desarrollaron la primera planta modificada genéticamente . Infectaron tabaco con Agrobacterium transformado con un gen de resistencia a antibióticos y, mediante técnicas de cultivo de tejidos , lograron cultivar una nueva planta que contenía dicho gen. ^{[ 68 ]} En 1987 se inventó la pistola genética , que permite la transformación de plantas no susceptibles a la infección por Agrobacterium . ^{[ 69 ]} En el año 2000, el arroz dorado enriquecido con vitamina A fue la primera planta desarrollada con un mayor valor nutricional. ^{[ 70 ]}

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. ^{[ 71 ]} La insulina producida por bacterias, denominada Humulin , fue aprobada para su comercialización por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) en 1982. ^{[ 72 ]} En 1988, se produjeron los primeros anticuerpos humanos en plantas. ^{[ 73 ]} En 1987, una cepa de Pseudomonas syringae se convirtió en el primer organismo modificado genéticamente en ser liberado al medio ambiente ^{[ 74 ]} cuando se roció con ella un campo de fresas y patatas en California. ^{[ 75 ]}

El primer cultivo modificado genéticamente , una planta de tabaco resistente a los antibióticos, se produjo en 1982. ^{[ 76 ]} China fue el primer país en comercializar plantas transgénicas, introduciendo un tabaco resistente a los virus en 1992. ^{[ 77 ]} En 1994, Calgene obtuvo la aprobación para lanzar comercialmente el tomate Flavr Savr , el primer alimento modificado genéticamente . ^{[ 78 ]} También en 1994, la Unión Europea aprobó el tabaco modificado genéticamente para ser resistente al herbicida bromoxinil , convirtiéndose así en el primer cultivo modificado genéticamente comercializado en Europa. ^{[ 79 ]} Una papa resistente a los insectos fue aprobada para su lanzamiento en los EE. UU. en 1995, ^{[ 80 ]} y para 1996 se había otorgado la aprobación para cultivar comercialmente 8 cultivos transgénicos y un cultivo de flores (clavel) en 6 países más la UE. ^{[ 81 ]}

En 2010, 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 . ^{[ 82 ] [ 83 ]}

El primer animal genéticamente modificado que se comercializó fue el GloFish , un pez cebra con un gen fluorescente añadido que le permite brillar en la oscuridad bajo luz ultravioleta . ^{[ 84 ]} Se lanzó al mercado estadounidense en 2003. ^{[ 85 ]} En 2015, el salmón AquAdvantage se convirtió en el primer animal genéticamente modificado aprobado para uso alimentario. ^{[ 86 ]} La aprobación es para peces criados en Panamá y vendidos en los EE. UU. ^{[ 86 ]} El salmón fue transformado con un gen regulador de la hormona del crecimiento de un salmón Chinook del Pacífico y un promotor de un bacalao de mar que le permite crecer durante todo el año en lugar de solo durante la primavera y el verano. ^{[ 87 ]}

Se han modificado genéticamente plantas para la investigación científica, para que muestren nuevos colores de flores, administren vacunas y creen cultivos mejorados. Muchas plantas son pluripotentes , lo que significa que una sola célula de una planta madura puede cosecharse y, en las condiciones adecuadas, desarrollarse en una nueva planta. Los ingenieros genéticos pueden aprovechar esta capacidad; al seleccionar células que se han transformado con éxito en una planta adulta, se puede cultivar una nueva planta que contenga el transgén en cada célula mediante un proceso conocido como cultivo de tejidos . ^{[ 88 ]}

Gran parte de los avances en el campo de la ingeniería genética provienen de la experimentación con tabaco . Los principales avances en el cultivo de tejidos y los mecanismos celulares de las plantas para una amplia gama de plantas se originaron a partir de sistemas desarrollados en el tabaco. ^{[ 89 ]} Fue la primera planta en ser alterada mediante ingeniería genética y se considera un organismo modelo no solo para la ingeniería genética, sino también para una variedad de otros campos. ^{[ 90 ]} Por lo tanto, las herramientas y los procedimientos transgénicos están bien establecidos, lo que convierte al tabaco en una de las plantas más fáciles de transformar. ^{[ 91 ]} Otro organismo modelo importante relevante para la ingeniería genética es Arabidopsis thaliana . Su pequeño genoma y su corto ciclo de vida hacen que sea fácil de manipular y contiene muchos homólogos de especies de cultivos importantes. ^{[ 92 ]} 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 . ^{[ 93 ]}

En la investigación, se modifican genéticamente las plantas para ayudar a descubrir las funciones de ciertos genes. La forma más sencilla de hacerlo es eliminar el gen y observar qué fenotipo se desarrolla en comparación con la forma silvestre . Cualquier diferencia es posiblemente el resultado de la ausencia del gen. A diferencia de la mutagénesis , la ingeniería genética permite la eliminación dirigida sin alterar otros genes del organismo. ^{[ 88 ]} Algunos genes solo se expresan en ciertos tejidos, por lo que se pueden unir genes reporteros, como GUS , al gen de interés para visualizar su ubicación. ^{[ 94 ]} Otras formas de probar un gen consisten en modificarlo ligeramente y luego reintroducirlo en la planta para ver si mantiene el mismo efecto en el fenotipo. Otras estrategias incluyen unir el gen a un promotor fuerte y observar qué sucede cuando se sobreexpresa, forzando la expresión de un gen en una ubicación diferente o en distintas etapas del desarrollo . ^{[ 88 ]}

Algunas plantas genéticamente modificadas son puramente ornamentales . Se modifican para el color de la flor, la fragancia, la forma de la flor y la arquitectura de la planta. ^{[ 95 ]} Las primeras plantas ornamentales genéticamente modificadas comercializadas tenían colores alterados. ^{[ 96 ]} Los claveles se lanzaron en 1997, y el organismo genéticamente modificado más popular, una rosa azul (en realidad lavanda o malva ), se creó en 2004. ^{[ 97 ]} Las rosas se venden en Japón, Estados Unidos y Canadá. ^{[ 98 ] [ 99 ]} Otras plantas ornamentales genéticamente modificadas incluyen el crisantemo y la petunia . ^{[ 95 ]} Además de aumentar el valor estético, existen planes para desarrollar plantas ornamentales que utilicen menos agua o sean resistentes al frío, lo que permitiría cultivarlas fuera de sus entornos naturales. ^{[ 100 ]}

Se ha propuesto modificar genéticamente algunas especies de plantas amenazadas de extinción para que sean resistentes a plantas invasoras y enfermedades, como el barrenador esmeralda del fresno en Norteamérica y la enfermedad fúngica Ceratocystis platani en los plátanos europeos . ^{[ 101 ]} El virus de la mancha anular de la papaya devastó los árboles de papaya en Hawái en el siglo XX hasta que se les confirió resistencia derivada del patógeno a plantas de papaya transgénicas. ^{[ 102 ]} Sin embargo, la modificación genética para la conservación de plantas sigue siendo principalmente especulativa. Una preocupación particular es que una especie transgénica puede que ya no se parezca lo suficiente a la especie original como para afirmar realmente que se está conservando la especie original. En cambio, la especie transgénica puede ser genéticamente lo suficientemente diferente como para ser considerada una nueva especie, disminuyendo así el valor de conservación de la modificación genética. ^{[ 101 ]}

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 ciertas plagas, enfermedades, condiciones ambientales, deterioro o tratamientos químicos (por ejemplo, resistencia a un herbicida ). La segunda generación de cultivos tuvo como objetivo mejorar la calidad, a menudo alterando el perfil nutricional . Los cultivos modificados genéticamente de tercera generación podrían utilizarse para fines no alimentarios, incluyendo la producción de agentes farmacéuticos , biocombustibles y otros bienes de utilidad industrial, así como para la biorremediación . ^{[ 103 ]}

Hay tres objetivos principales para el avance agrícola: aumento de la producción, mejora de las condiciones para los trabajadores agrícolas y sostenibilidad . Los cultivos transgénicos contribuyen mejorando las cosechas al reducir la presión de los insectos, aumentar el valor nutritivo y tolerar diferentes estrés abióticos . 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 los herbicidas o resistencia a los insectos. ^{[ 103 ]} La soja representó la mitad de todos los cultivos genéticamente modificados plantados en 2014. ^{[ 104 ]} La adopción por parte de los agricultores ha sido rápida, entre 1996 y 2013, la superficie total de tierra cultivada con cultivos transgénicos aumentó en un factor de 100. ^{[ 105 ]} Sin embargo, geográficamente la difusión ha sido desigual, con un fuerte crecimiento en América y partes de Asia y poco en Europa y África. ^{[ 103 ]} Su distribución socioeconómica ha sido más uniforme, con aproximadamente el 54% de los cultivos transgénicos mundiales cultivados en países en desarrollo en 2013. ^{[ 105 ]} Aunque se han planteado dudas, ^{[ 106 ]} la mayoría de los estudios han encontrado que el cultivo de transgénicos es beneficioso para los agricultores debido a la disminución del uso de pesticidas, así como al aumento del rendimiento de los cultivos y las ganancias agrícolas. ^{[ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]}

La mayoría de los cultivos transgénicos han sido modificados para ser resistentes a herbicidas seleccionados, generalmente a base de glifosato o glufosinato . Los cultivos transgénicos diseñados para resistir herbicidas están ahora más disponibles que las variedades resistentes obtenidas mediante mejoramiento convencional; ^{[ 110 ]} en los EE. UU. el 93 % de la soja y la mayor parte del maíz transgénico cultivado son tolerantes al glifosato. ^{[ 111 ]} La mayoría de los genes actualmente disponibles utilizados para diseñar resistencia a insectos provienen de la bacteria Bacillus thuringiensis y codifican endotoxinas delta . Algunos utilizan los genes que codifican proteínas insecticidas vegetativas . ^{[ 112 ]} El único gen utilizado comercialmente para proporcionar protección contra insectos que no se origina en B. thuringiensis es el inhibidor de tripsina del caupí (CpTI). El CpTI fue aprobado por primera vez para su uso en algodón en 1999 y actualmente se está sometiendo a ensayos en arroz. ^{[ 113 ] [ 114 ]} Menos del uno por ciento de los cultivos transgénicos contenían otros rasgos, que incluyen proporcionar resistencia a virus, retrasar la senescencia y alterar la composición de las plantas. ^{[ 104 ]}

El arroz dorado es el cultivo transgénico más conocido que busca aumentar su valor nutricional. Ha sido modificado genéticamente con tres genes que biosintetizan betacaroteno , un precursor de la vitamina A , en las partes comestibles del arroz. ^{[ 70 ]} Su objetivo es producir un alimento fortificado para ser cultivado y consumido en áreas con escasez de vitamina A en la dieta , ^{[ 115 ]} una deficiencia que se estima que cada año causa la muerte de 670 000 niños menores de 5 años ^{[ 116 ]} y provoca 500 000 casos adicionales de ceguera infantil irreversible. ^{[ 117 ]} El arroz dorado original producía 1,6 μg/g de carotenoides , y su posterior desarrollo aumentó esta cantidad 23 veces. ^{[ 118 ]} Obtuvo sus primeras aprobaciones para su uso como alimento en 2018. ^{[ 119 ]}

Las plantas y las células vegetales han sido modificadas genéticamente para la producción de biofármacos en biorreactores , un proceso conocido como pharming . Se ha trabajado con la lenteja de agua Lemna minor , ^{[ 120 ]} el alga Chlamydomonas reinhardtii ^{[ 121 ]} y el musgo Physcomitrella patens . ^{[ 122 ] [ 123 ]} Los biofármacos producidos incluyen citocinas , hormonas , anticuerpos , enzimas y vacunas, la mayoría de los cuales se acumulan en las semillas de las plantas. Muchos fármacos también contienen ingredientes vegetales naturales y las vías que conducen a su producción han sido alteradas genéticamente o transferidas a otras especies vegetales para producir un mayor volumen. ^{[ 124 ]} Otras opciones para los biorreactores son los biopolímeros ^{[ 125 ]} y los biocombustibles . ^{[ 126 ]} A diferencia de las bacterias, las plantas pueden modificar las proteínas postraduccionalmente , lo que les permite hacer moléculas más complejas. También presentan un menor riesgo de contaminación. ^{[ 127 ]} Se han cultivado terapias en células transgénicas de zanahoria y tabaco, ^{[ 128 ]} incluyendo un tratamiento farmacológico para la enfermedad de Gaucher . ^{[ 129 ]}

La producción y el almacenamiento de vacunas tienen un gran potencial en plantas transgénicas. Las vacunas son costosas de producir, transportar y administrar, por lo que contar con un sistema que pudiera producirlas localmente permitiría un mayor acceso a las zonas más pobres y en desarrollo. ^{[ 124 ]} Además de purificar las vacunas expresadas en plantas, también es posible producir vacunas comestibles en plantas. Las vacunas comestibles estimulan el sistema inmunitario al ser ingeridas para proteger contra ciertas enfermedades. El almacenamiento en plantas reduce el costo a largo plazo, ya que pueden distribuirse sin necesidad de refrigeración, no requieren purificación y tienen una estabilidad prolongada. Además, estar alojadas dentro de 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 mayor parte del desarrollo actual de vacunas basadas en plantas se aplique a la medicina veterinaria , donde los controles no son tan estrictos. ^{[ 130 ]}

Los cultivos genéticamente modificados se han propuesto como una de las formas de reducir las emisiones de CO₂ relacionadas con la agricultura _debido a su mayor rendimiento, menor uso de pesticidas, menor consumo de combustible para tractores y la ausencia de labranza. Según un estudio de 2021, solo en la UE, la adopción generalizada de cultivos transgénicos reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero en 33 millones de toneladas de _CO₂ equivalente , o el 7,5 % del total de las emisiones relacionadas con la agricultura. ^{[ 131 ]}

La gran mayoría de los animales genéticamente modificados se encuentran en la etapa de investigación, y el número de aquellos próximos a entrar en el mercado sigue siendo reducido. ^{[ 132 ]} Hasta 2018, solo tres animales genéticamente modificados habían sido aprobados, todos en Estados Unidos. Una cabra y un pollo fueron modificados genéticamente para producir medicamentos, y un salmón para aumentar su crecimiento. ^{[ 133 ]} A pesar de las diferencias y dificultades en su modificación, los objetivos finales son muy similares a los de las plantas. Los animales transgénicos 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 genéticamente modificadas. ^{[ 134 ]}

Mamíferos

El proceso de ingeniería genética de mamíferos es lento, tedioso y costoso. Sin embargo, las nuevas tecnologías están facilitando y haciendo más precisas las modificaciones genéticas. ^{[ 135 ]} Los primeros mamíferos transgénicos se produjeron inyectando ADN viral en embriones y luego implantándolos en hembras. ^{[ 60 ]} El embrión se desarrollaría y se esperaría que parte del material genético se incorporara a las células reproductivas. Luego, los investigadores tendrían que esperar hasta que el animal alcanzara la edad reproductiva y luego se examinaría a la descendencia para detectar la presencia del gen en cada célula. El desarrollo del sistema de edición genética CRISPR -Cas9 como una forma barata y rápida de modificar directamente las células germinales , redujo a la mitad el tiempo necesario para desarrollar mamíferos genéticamente modificados. ^{[ 136 ]}

Los mamíferos son los mejores modelos para las enfermedades humanas, lo que hace que los modificados genéticamente sean vitales para el descubrimiento y desarrollo de curas y tratamientos para muchas enfermedades graves. La eliminación de genes responsables de trastornos genéticos humanos permite a los investigadores estudiar el mecanismo de la enfermedad y probar posibles curas. Los ratones modificados genéticamente han sido los mamíferos más comunes 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. ^{[ 137 ]} Los primates no humanos son los organismos modelo más similares a los humanos, pero hay menos aceptación pública para su uso como animales de investigación. ^{[ 138 ]} En 2009, los científicos anunciaron que habían transferido con éxito un gen a una especie de primate ( titíes ) por primera vez. ^{[ 139 ] [ 140 ]} 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 . ^{[ 141 ]}

Las proteínas humanas expresadas en mamíferos tienen más probabilidades de ser similares a sus homólogas 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 fármaco, ATryn , es un anticoagulante que reduce la probabilidad de coágulos sanguíneos durante la cirugía o el parto y se extrae de la leche de cabra. ^{[ 142 ]} La alfa-1-antitripsina humana es otra proteína que se ha producido a partir de cabras y se utiliza en el tratamiento de personas con esta deficiencia. ^{[ 143 ]} Otra área médica es la creación de cerdos con mayor capacidad para trasplantes de órganos humanos ( xenotrasplante ). Los cerdos han sido modificados genéticamente para que sus órganos ya no puedan portar retrovirus ^{[ 144 ]} o para que tengan modificaciones que reduzcan la probabilidad de rechazo. ^{[ 145 ] [ 146 ]} Los cerdos quiméricos podrían portar órganos completamente humanos. ^{[ 137 ] [ 147 ]} El primer trasplante humano de un corazón de cerdo genéticamente modificado ocurrió en 2023, ^{[ 148 ]} y riñón en 2024. ^{[ 149 ] [ 150 ]}

El ganado se modifica con la intención de mejorar rasgos 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 modificados genéticamente para crecer más rápido, ser más sanos ^{[ 151 ]} y resistir enfermedades. ^{[ 152 ]} Las modificaciones también han mejorado la producción de lana de las ovejas y la salud de la ubre de las vacas. ^{[ 132 ]} Las cabras han sido modificadas genéticamente para producir leche con fuertes proteínas de seda similares a las de una telaraña. ^{[ 153 ]} Se creó un cerdo transgénico llamado Enviropig con la capacidad de digerir el fósforo vegetal de manera más eficiente que los cerdos convencionales. ^{[ 154 ] [ 155 ]} Podrían reducir la contaminación del agua ya que excretan entre un 30 y un 70 % menos de fósforo en el estiércol. ^{[ 154 ] [ 156 ]} Las vacas lecheras han sido modificadas genéticamente para producir leche que sería igual a la leche materna humana. ^{[ 157 ]} Esto podría beneficiar potencialmente a las madres que no pueden producir leche materna pero desean que sus hijos tomen leche materna en lugar de fórmula. ^{[ 158 ] [ 159 ]} Los investigadores también han desarrollado una vaca genéticamente modificada que produce leche libre de alérgenos. ^{[ 160 ]}

Los científicos han modificado genéticamente varios organismos, incluidos algunos mamíferos, para incluir la proteína fluorescente verde (GFP), con fines de investigación. ^{[ 161 ]} La GFP y otros genes reporteros similares permiten una fácil visualización y localización de los productos de la modificación genética. ^{[ 88 ]} Se han criado cerdos fluorescentes para estudiar trasplantes de órganos humanos, regeneración de células fotorreceptoras oculares y otros temas. ^{[ 162 ]} En 2011, se crearon gatos fluorescentes verdes para ayudar a encontrar terapias para el VIH/SIDA y otras enfermedades ^{[ 163 ]} ya que el virus de la inmunodeficiencia felina está relacionado con el VIH . ^{[ 164 ]}

Se ha sugerido que la ingeniería genética podría usarse para revivir animales extintos . Consiste en modificar el genoma de un pariente vivo cercano para que se asemeje al extinto, y actualmente se está intentando con la paloma migratoria . ^{[ 165 ]} Se han añadido genes asociados al mamut lanudo al genoma de un elefante africano , aunque el investigador principal afirma que no tiene intención de crear elefantes vivos y que transferir todos los genes y revertir años de evolución genética está lejos de ser factible. ^{[ 166 ] [ 167 ]} Es más probable que los científicos utilicen 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 en peligro. ^{[ 168 ]}

Humanos

La terapia génica ^{[ 169 ]} 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 tratar trastornos genéticos como la inmunodeficiencia combinada grave ^{[ 170 ]} y la amaurosis congénita de Leber ^{[ 171 ]} . También se están desarrollando tratamientos para una variedad de otras enfermedades actualmente incurables, como la fibrosis quística ^{[ 172 ]} , la anemia falciforme ^{[ 173 ]} , la enfermedad de Parkinson ^{[ 174 ] [ 175 ]} , el cáncer [ 176] ^{[ 177 ] [ 178 ] , la diabetes [179], las enfermedades cardíacas [180] y la distrofia muscular [181 ]} . ^{Estos tratamientos solo} afectan a ^{las células somáticas} , lo ^{que significa que} cualquier cambio no sería hereditario. La terapia génica de ^la línea germinal da como resultado que cualquier cambio sea hereditario, lo que ha generado preocupaciones dentro de la comunidad científica. ^{[ 182 ] [ 183 ]}

En 2015, se utilizó CRISPR para editar el ADN de embriones humanos no viables . ^{[ 184 ] [ 185 ]} En noviembre de 2018, He Jiankui anunció que había editado los genomas de dos embriones humanos, en un intento por desactivar el gen CCR5 , que codifica un receptor que el VIH utiliza para entrar en las células. Dijo que las gemelas Lulu y Nana habían nacido unas semanas antes y que portaban copias funcionales de CCR5 junto con CCR5 desactivado ( mosaicismo ) y que aún eran vulnerables al VIH. El trabajo fue ampliamente condenado como poco ético, peligroso y prematuro. ^{[ 186 ]}

Otro

Se han desarrollado sistemas para crear organismos transgénicos en una amplia variedad de otros animales. Se han modificado genéticamente pollos para diversos fines. Esto incluye el estudio del desarrollo embrionario , ^{[ 226 ]} la prevención de la transmisión de la gripe aviar ^{[ 227 ]} y la obtención de información evolutiva mediante ingeniería inversa para recrear fenotipos similares a los de los dinosaurios. ^{[ 228 ]} Un pollo transgénico que produce el fármaco Kanuma , una enzima que trata una enfermedad rara, en su huevo, obtuvo la aprobación regulatoria de EE. UU. en 2015. ^{[ 229 ]} Las ranas genéticamente modificadas, en particular Xenopus laevis y Xenopus tropicalis , se utilizan en la investigación de la biología del desarrollo . Las ranas transgénicas también pueden utilizarse como sensores de contaminación, especialmente para sustancias químicas disruptoras endocrinas . ^{[ 230 ]} Existen propuestas para utilizar la ingeniería genética para controlar los sapos de caña en Australia . ^{[ 231 ] [ 232 ]}

El nematodo Caenorhabditis elegans es uno de los principales organismos modelo para la investigación en biología molecular . ^{[ 233 ]} La interferencia de ARN (ARNi) se descubrió en C. elegans ^{[ 234 ]} y se puede inducir simplemente alimentándolos con bacterias modificadas para expresar ARN de doble cadena . ^{[ 235 ]} También es relativamente fácil producir nematodos transgénicos estables y esto, junto con la ARNi, son las principales herramientas utilizadas para estudiar sus genes. ^{[ 236 ]} El uso más común de los nematodos transgénicos ha sido el estudio de la expresión y localización génica mediante la unión de genes reporteros. Los transgenes también se pueden combinar con técnicas de ARNi para rescatar fenotipos, estudiar la función génica, visualizar el desarrollo celular en tiempo real o controlar la expresión para diferentes tejidos o etapas de desarrollo. ^{[ 236 ]} Los nematodos transgénicos se han utilizado para estudiar virus, ^{[ 237 ]} toxicología, ^{[ 238 ]} enfermedades, ^{[ 239 ] [ 240 ]} y para detectar contaminantes ambientales. ^{[ 241 ]}

Se ha encontrado el gen responsable del albinismo en los pepinos de mar y se ha utilizado para crear pepinos de mar blancos , un manjar poco común. La tecnología también abre el camino para investigar los genes responsables de algunos de los rasgos más inusuales de los pepinos, incluyendo la hibernación en verano, la evisceración de sus intestinos y la disolución de sus cuerpos al morir. ^{[ 242 ]} Los gusanos planos tienen la capacidad de regenerarse a partir de una sola célula. ^{[ 243 ]} Hasta 2017 no había una forma efectiva de transformarlos, lo que dificultó la investigación. Mediante el uso de microinyección y radiación, los científicos han creado los primeros gusanos planos genéticamente modificados. ^{[ 244 ]} El gusano de cerdas , un anélido marino , ha sido modificado. Es de interés debido a que su ciclo reproductivo está sincronizado con las fases lunares, su capacidad de regeneración y su lenta tasa de evolución. ^{[ 245 ]} Los cnidarios como la hidra y la anémona de mar Nematostella vectensis son organismos modelo atractivos para estudiar la evolución de la inmunidad y ciertos procesos de desarrollo. ^{[ 246 ]} Otros animales que han sido modificados genéticamente incluyen caracoles , ^{[ 247 ]} geckos , tortugas , ^{[ 248 ]} cangrejos de río , ostras , camarones , almejas , abulones ^{[ 249 ]} y esponjas . ^{[ 250 ]}

Las ocrofitas son un grupo diverso de algas que contienen organismos de importancia económica como las diatomeas y las algas pardas ^{[ 251 ].}

Los hongos pueden utilizarse en muchos de los mismos procesos que las bacterias. Para aplicaciones industriales, las levaduras combinan las ventajas bacterianas de ser organismos unicelulares fáciles de manipular y cultivar con las modificaciones proteicas avanzadas que se encuentran en los eucariotas . Pueden utilizarse para producir moléculas grandes y complejas para su uso en alimentos, productos farmacéuticos, hormonas y esteroides. ^{[ 264 ]} La levadura es importante para la producción de vino y, a partir de 2016, dos levaduras genéticamente modificadas involucradas en la fermentación del vino se han comercializado en Estados Unidos y Canadá. Una ha aumentado la eficiencia de la fermentación maloláctica , mientras que la otra previene la producción de compuestos peligrosos de carbamato de etilo durante la fermentación. ^{[ 265 ]} También ha habido avances en la producción de biocombustible a partir de hongos genéticamente modificados. ^{[ 266 ]}

Los hongos, al ser los patógenos más comunes de los insectos, constituyen biopesticidas atractivos . A diferencia de las bacterias y los virus, tienen la ventaja de infectar a los insectos solo por contacto, aunque su eficacia es superada por la de los pesticidas químicos . La ingeniería genética puede mejorar la virulencia, generalmente mediante la adición de proteínas más virulentas, ^{[ 267 ]} aumentando la tasa de infección o mejorando la persistencia de las esporas . ^{[ 268 ]} 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 diversas enfermedades mortales, como la malaria , la fiebre amarilla y el dengue . Los mosquitos pueden evolucionar rápidamente, por lo que se convierte en un ejercicio de equilibrio: eliminarlos antes de que el Plasmodium que portan se convierta en la enfermedad infecciosa, pero no tan rápido como para que desarrollen resistencia a los hongos. Al modificar genéticamente hongos como Metarhizium anisopliae y Beauveria bassiana para retrasar el desarrollo de la infectividad en los mosquitos, se reduce la presión selectiva para que evolucionen hacia la resistencia. ^{[ 269 ]} Otra estrategia consiste en añadir proteínas a los hongos que bloqueen la transmisión de la malaria ^{[ 269 ]} o eliminar el Plasmodium por completo. ^{[ 270 ]}

Agaricus bisporus, el champiñón blanco común, ha sido modificado genéticamente para resistir el oscurecimiento, lo que le confiere una vida útil más prolongada . El proceso utilizó CRISPR para inactivar un gen que codifica la polifenol oxidasa . Dado que no introdujo ADN extraño en el organismo, no se consideró sujeto a la regulación de los OMG existentes y, por lo tanto, es el primer organismo modificado con CRISPR aprobado para su comercialización. ^{[ 271 ]} Esto ha intensificado los debates sobre si los organismos modificados genéticamente deben considerarse organismos genéticamente modificados ^{[ 272 ]} y cómo deben regularse. ^{[ 273 ]}

Izquierda: Bacterias transformadas con pGLO bajo luz ambiental. Derecha: Bacterias transformadas con pGLO visualizadas bajo luz ultravioleta.

Las bacterias fueron los primeros organismos modificados genéticamente en el laboratorio, debido a la relativa facilidad de modificar sus cromosomas. ^{[ 274 ]} Esta facilidad las 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 económicas, fáciles de cultivar, clonales , se multiplican rápidamente y pueden almacenarse a -80  °C casi indefinidamente. Una vez aislado un gen, puede almacenarse dentro de la bacteria, lo que proporciona un suministro ilimitado para la investigación. ^{[ 275 ]} Un gran número de plásmidos personalizados hacen que la manipulación del ADN extraído de bacterias sea relativamente fácil. ^{[ 276 ]}

Su facilidad de uso las 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 nuestro conocimiento inicial de biología molecular proviene del estudio de Escherichia coli . ^{[ 277 ]} Los científicos pueden manipular y combinar fácilmente genes dentro de las bacterias para crear proteínas novedosas o alteradas y observar el efecto que esto tiene en varios sistemas moleculares. Los investigadores han combinado genes de bacterias y arqueas , lo que ha llevado a comprender cómo divergieron estos dos en el pasado. ^{[ 278 ]} 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 . ^{[ 279 ] [ 280 ] [ 281 ]}

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 , saborizantes 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 lácticas , y es en este grupo donde se ha centrado la mayor parte de la investigación sobre la ingeniería genética de bacterias productoras de alimentos. Las bacterias se pueden modificar para operar de manera más eficiente, reducir la producción de subproductos tóxicos, aumentar el rendimiento, crear compuestos mejorados y eliminar vías metabólicas innecesarias . ^{[ 265 ]} Los productos alimenticios derivados de bacterias genéticamente modificadas incluyen alfa-amilasa , que convierte el almidón en azúcares simples, quimosina , que coagula la proteína de la leche para la elaboración de queso, y pectinesterasa , que mejora la claridad del jugo de frutas. ^{[ 282 ]} La mayoría se producen 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. ^{[ 283 ]}

Las bacterias genéticamente modificadas se utilizan para producir grandes cantidades de proteínas para uso industrial. Generalmente, las bacterias se cultivan hasta alcanzar un gran volumen antes de que se active el gen que codifica la proteína. Luego, las bacterias se cosechan y se purifica la proteína deseada. ^{[ 284 ]} El alto costo de extracción y purificación ha hecho que solo se hayan producido productos de alto valor a escala industrial. ^{[ 285 ]} La mayoría de estos productos son proteínas humanas para uso en medicina. ^{[ 286 ]} Muchas de estas proteínas son imposibles o difíciles de obtener mediante métodos naturales y tienen menos probabilidades de estar contaminadas con patógenos, lo que las hace más seguras. ^{[ 284 ]} El primer uso medicinal de bacterias GM fue producir la proteína insulina para tratar la diabetes . ^{[ 287 ]} Otros medicamentos producidos incluyen factores de coagulación para tratar la hemofilia , ^{[ 288 ]} hormona del crecimiento humana para tratar diversas formas de enanismo , ^{[ 289 ] [ 290 ]} interferón para tratar algunos cánceres, eritropoyetina para pacientes anémicos y activador tisular del plasminógeno que disuelve coágulos sanguíneos. ^{[ 284 ]} Fuera de la medicina se han utilizado para producir biocombustibles . ^{[ 291 ]} 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. ^{[ 285 ]}

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 actúen como agentes terapéuticos. Algunas ideas incluyen modificar la microbiota intestinal para que destruya bacterias dañinas, o utilizar bacterias para reemplazar o aumentar enzimas o proteínas deficientes. Una línea de investigación se centra en modificar Lactobacillus , bacterias que ofrecen naturalmente cierta protección contra el VIH , con genes que potencien aún más esta protección. Si las bacterias no forman colonias dentro del paciente, este deberá ingerir repetidamente las bacterias modificadas para obtener las dosis necesarias. Lograr que las bacterias formen colonias podría ofrecer una solución a largo plazo, pero también podría generar problemas de seguridad, ya que las interacciones entre las bacterias y el cuerpo humano se comprenden menos que con los fármacos tradicionales. Existe preocupación por los posibles efectos desconocidos de la transferencia horizontal de genes a otras bacterias. En 2018, se estaban realizando ensayos clínicos para evaluar la eficacia y la seguridad de estos tratamientos. ^{[ 292 ]}

Durante más de un siglo, las bacterias se han utilizado en la agricultura. Los cultivos se han inoculado con Rhizobia (y más recientemente con Azospirillum ) para aumentar su producción o permitir su cultivo fuera de su hábitat original . La aplicación de Bacillus thuringiensis (Bt) y otras bacterias puede ayudar a proteger los cultivos de las plagas de insectos y las enfermedades de las plantas. Gracias a los avances en ingeniería genética, estas bacterias se han manipulado para aumentar su eficiencia y ampliar su rango de hospedadores. También se han añadido marcadores para facilitar el seguimiento de la propagación de las bacterias. 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 daños 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 han eliminado los genes formadores de hielo. Cuando se aplican a los cultivos, pueden competir con las bacterias no modificadas y conferirles cierta resistencia a las heladas. ^{[ 293 ]}

Otros usos de las bacterias genéticamente modificadas incluyen la biorremediación , donde se utilizan para convertir contaminantes en una forma menos tóxica. La ingeniería genética puede aumentar los niveles de las enzimas utilizadas para degradar una toxina o para hacer que las bacterias sean más estables en condiciones ambientales. ^{[ 294 ]} También se ha creado bioarte utilizando bacterias genéticamente modificadas. 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 posteriormente se expresó en Escherichia coli . ^{[ 295 ]} Esto se llevó un paso más allá en 2012, cuando se codificó un libro completo en ADN. ^{[ 296 ]} También se han producido pinturas utilizando bacterias transformadas con proteínas fluorescentes. ^{[ 295 ]}

Los virus suelen modificarse para utilizarlos como vectores para insertar información genética en otros organismos. Este proceso se denomina transducción y, si tiene éxito, el organismo receptor del ADN introducido se convierte en un OMG. Los distintos virus presentan diferentes eficiencias y capacidades. Los investigadores pueden utilizar esta información para controlar diversos factores, como la ubicación del objetivo, el tamaño del inserto y la duración de la expresión génica. Se deben eliminar las secuencias peligrosas inherentes al virus, mientras que se conservan aquellas que permiten la entrega eficaz del gen. ^{[ 297 ]}

Aunque 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 aún en etapas de ensayo, ^{[ 298 ]} ha habido algunos éxitos usando terapia génica para reemplazar genes defectuosos. Esto es más evidente en la curación de pacientes con inmunodeficiencia combinada grave resultante de la deficiencia de adenosina desaminasa (ADA-SCID), ^{[ 299 ]} aunque el desarrollo de leucemia en algunos pacientes con ADA-SCID ^{[ 300 ]} junto con la muerte de Jesse Gelsinger en un ensayo de 1999 retrasaron el desarrollo de este enfoque durante muchos años. ^{[ 301 ]} En 2009, se logró otro avance cuando un niño de ocho años con amaurosis congénita de Leber recuperó la visión normal ^{[ 301 ]} y en 2016 GlaxoSmithKline obtuvo la aprobación para comercializar un tratamiento de terapia génica para ADA-SCID. ^{[ 299 ]} A partir de 2018, hay un número sustancial de ensayos clínicos en curso, incluidos tratamientos para la hemofilia , el glioblastoma , la enfermedad granulomatosa crónica , la fibrosis quística y varios tipos de cáncer . ^{[ 300 ]}

El virus más común utilizado para la transferencia 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 inmunes en el huésped y solo proporcionan una 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 alrededor de 4 kb de ADN. ^{[ 300 ]} Los virus del herpes simple son vectores prometedores, con una capacidad de transporte de más de 30 kb y proporcionan expresión a largo plazo, aunque son menos eficientes en la transferencia de genes que otros vectores. ^{[ 302 ]} 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 células en división como no en división, 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 . ^{[ 300 ]}

La mayoría de las vacunas consisten en virus que han sido atenuados , inactivados, debilitados o eliminados de alguna manera para que sus propiedades virulentas ya no sean efectivas. La ingeniería genética podría usarse teóricamente para crear virus con los genes virulentos eliminados. Esto no afecta la infectividad de los virus , provoca una respuesta inmune natural y no hay posibilidad de que recuperen su función de virulencia, lo que puede ocurrir con algunas otras vacunas. Por lo tanto, generalmente se consideran más seguras y más eficientes que las vacunas convencionales, aunque persisten las preocupaciones sobre infecciones no objetivo, posibles efectos secundarios y transferencia horizontal de genes a otros virus. ^{[ 303 ]} Otro enfoque potencial es usar vectores para crear vacunas novedosas para enfermedades para las que no hay vacunas disponibles o las vacunas que no funcionan eficazmente, como el SIDA , la malaria y la tuberculosis . ^{[ 304 ]} La vacuna más eficaz contra la tuberculosis, la vacuna Bacillus Calmette-Guérin (BCG) , solo proporciona protección parcial. Una vacuna modificada que expresa un antígeno de M. tuberculosis puede mejorar la protección de la BCG. ^{[ 305 ]} Se ha demostrado que es seguro usarlo en los ensayos de fase II , aunque no tan efectivo como se esperaba inicialmente. ^{[ 306 ]} Otras vacunas basadas en vectores ya han sido aprobadas y muchas más están en desarrollo. ^{[ 304 ]}

Otro uso potencial de los virus modificados genéticamente es alterarlos para que puedan tratar enfermedades directamente. Esto puede ser a través de la expresión de proteínas protectoras o dirigiéndose directamente a las células infectadas. En 2004, investigadores informaron que un virus modificado genéticamente que explota el comportamiento egoísta de las células cancerosas podría ofrecer una forma alternativa de matar tumores. ^{[ 307 ] [ 308 ]} Desde entonces, varios investigadores han desarrollado virus oncolíticos modificados genéticamente que se muestran prometedores como tratamientos para varios tipos de cáncer . ^{[ 309 ] [ 310 ] [ 311 ] [ 312 ] [ 313 ]} En 2017, investigadores modificaron genéticamente un virus para expresar proteínas defensinas 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. ^{[ 314 ]}

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 supervivientes desarrollan resistencia, lo que lleva a los investigadores a buscar métodos alternativos. Se han creado en el laboratorio virus modificados genéticamente que hacen infértiles a los animales objetivo mediante inmunocontracepción ^{[ 315 ]} , así como otros que se dirigen a la etapa de desarrollo del animal ^{[ 316 ]} . Existen preocupaciones con el uso de este enfoque en relación con la contención del virus ^{[ 315 ] y la infección entre especies [ 317 ]} . A veces, el mismo virus puede modificarse con propósitos opuestos. Se ha propuesto la modificación genética del virus de la mixomatosis para conservar los conejos silvestres europeos en la península ibérica y ayudar a regularlos en Australia. Para proteger a la especie ibérica de las enfermedades virales, el virus de la mixomatosis se modificó genéticamente para inmunizar a los conejos, mientras que en Australia el mismo virus de la mixomatosis se modificó genéticamente para reducir la fertilidad en la población de conejos australianos ^{[ 318 ] .}

Fuera del ámbito 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 que expresen proteínas modificadas en su superficie y se unan en patrones específicos (una técnica llamada visualización 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, como puntos cuánticos , cristales líquidos , nanoanillos y nanofibras . ^{[ 319 ]} La batería se fabricó diseñando bacteriófagos M13 para que se recubrieran de 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 una rápida transferencia de energía. Se podían construir a temperaturas más bajas con productos químicos no tóxicos, lo que los hacía más respetuosos con el medio ambiente. ^{[ 320 ]}

Los organismos genéticamente modificados están regulados por agencias gubernamentales. Esto se aplica tanto a la investigación como a la liberación de organismos genéticamente modificados, incluidos cultivos y alimentos. El desarrollo de un marco regulatorio sobre ingeniería genética comenzó en 1975 en Asilomar , California. La reunión de Asilomar recomendó un conjunto de directrices sobre el uso prudente de la tecnología recombinante y cualquier producto resultante de dicha tecnología. ^{[ 321 ]} El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología fue adoptado el 29 de enero de 2000 y entró en vigor el 11 de septiembre de 2003. ^{[ 322 ]} Es un tratado internacional que rige la transferencia, manipulación y uso de organismos genéticamente modificados. ^{[ 323 ]} Ciento cincuenta y siete países son miembros del Protocolo y muchos lo utilizan como punto de referencia para sus propias regulaciones. ^{[ 324 ]}

Las universidades e institutos de investigación suelen tener un comité especial responsable de aprobar cualquier experimento que involucre ingeniería genética. Muchos experimentos también requieren autorización de un organismo regulador nacional o de la legislación vigente. Todo el personal debe estar capacitado en el uso de OGM y todos los laboratorios deben obtener la aprobación de su organismo regulador para trabajar con OGM. ^{[ 325 ]} La legislación que regula los OGM a menudo se deriva de las regulaciones y directrices vigentes para la versión no modificada genéticamente del organismo, aunque son más estrictas. ^{[ 326 ]} Existe un sistema casi universal para evaluar los riesgos relativos asociados con los OGM y otros agentes para el personal de laboratorio y la comunidad. Se les asigna una de cuatro categorías de riesgo según su virulencia, la gravedad de la enfermedad, el modo de transmisión y la disponibilidad de medidas preventivas o tratamientos. Hay cuatro niveles de bioseguridad en los que puede encontrarse un laboratorio, que van desde el nivel 1 (apto para trabajar con agentes no asociados con enfermedades) hasta el nivel 4 (trabajar con agentes potencialmente mortales). Los distintos países utilizan una nomenclatura diferente para describir los niveles y pueden tener requisitos diferentes sobre lo que se puede hacer en cada nivel. ^{[ 326 ]}

Existen diferencias en la regulación para la liberación de OGM entre países, siendo algunas de las diferencias más marcadas entre EE. UU. y Europa. ^{[ 327 ]} La regulación varía en un país determinado según el uso previsto de los productos de la ingeniería genética. Por ejemplo, un cultivo no destinado al consumo humano generalmente no es revisado por las autoridades responsables de la seguridad alimentaria. ^{[ 328 ]} Algunas naciones han prohibido la liberación de OGM o restringido su uso, y otras los permiten con grados de regulación muy diferentes. ^{[ 329 ] [ 330 ] [ 331 ] [ 332 ]} En 2016, treinta y ocho países prohibieron oficialmente el cultivo de OGM y nueve (Argelia, Bután, Kenia, Kirguistán, Madagascar, Perú, Rusia, Venezuela y Zimbabue) prohibieron su importación. ^{[ 333 ]} La mayoría de los países que no permiten el cultivo de OGM sí permiten la investigación con OGM. ^{[ 329 ]} A pesar de la regulación, en ocasiones se han producido liberaciones ilegales debido a la debilidad de la aplicación de la ley. ^{[ 8 ]}

La Unión Europea (UE) diferencia entre la aprobación para el cultivo dentro de la UE y la aprobación para la importación y el procesamiento. ^{[ 334 ]} Si bien solo unos pocos OGM han sido aprobados para el cultivo en la UE, varios OGM han sido aprobados para la importación y el procesamiento. ^{[ 335 ]} El cultivo de OGM ha desencadenado un debate sobre el mercado de OGM en Europa. ^{[ 336 ]} Dependiendo de las regulaciones de coexistencia, los incentivos para el cultivo de cultivos transgénicos difieren. ^{[ 337 ]} La política de EE. UU. no se centra tanto en el proceso como otros países, considera los riesgos científicos verificables y utiliza el concepto de equivalencia sustancial . ^{[ 338 ]} Se debate si los organismos editados genéticamente deben regularse de la misma manera que los organismos genéticamente modificados. Las regulaciones de EE. UU. los consideran separados y no los regulan bajo las mismas condiciones, mientras que en Europa un OGM es cualquier organismo creado utilizando técnicas de ingeniería genética. ^{[ 29 ]}

Una de las cuestiones clave que preocupan a los reguladores es si los productos transgénicos deben etiquetarse. La Comisión Europea afirma que el etiquetado obligatorio y la trazabilidad son necesarios para permitir una elección informada, evitar la posible publicidad engañosa ^{[ 339 ]} y facilitar la retirada de productos si se descubren efectos adversos para la salud o el medio ambiente. ^{[ 340 ]} La Asociación Médica Estadounidense ^{[ 341 ]} y la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia ^{[ 342 ]} afirman que, a falta de evidencia científica de daño, incluso el etiquetado voluntario es engañoso y alarmará falsamente a los consumidores. El etiquetado de productos transgénicos en el mercado es obligatorio en 64 países. ^{[ 343 ]} El etiquetado puede ser obligatorio hasta un umbral de contenido transgénico (que varía entre países) o voluntario. En EE. UU., la Norma Nacional de Divulgación de Alimentos Bioingenierizados (Fecha de Cumplimiento Obligatorio: 1 de enero de 2022) exige el etiquetado de alimentos transgénicos. ^{[ 344 ]} En Canadá, el etiquetado de alimentos transgénicos es voluntario, ^{[ 345 ]} mientras que en Europa todos los alimentos (incluidos los alimentos procesados ) o piensos que contengan más del 0,9 % de OMG aprobados deben estar etiquetados. ^{[ 346 ]} En 2014, las ventas de productos que habían sido etiquetados como no transgénicos crecieron un 30 por ciento hasta alcanzar los 1100 millones de dólares. ^{[ 347 ]}

Existe controversia en torno a los OGM, especialmente en lo que respecta a su liberación fuera de los entornos de laboratorio. La disputa involucra a consumidores, productores, empresas de biotecnología, reguladores gubernamentales, organizaciones no gubernamentales y científicos. Muchas de estas preocupaciones giran en torno a los 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, protestas y a una regulación restrictiva de los productos comerciales en algunos países. ^{[ 348 ]} La mayoría de las preocupaciones se centran en los efectos de los OGM sobre la salud y el medio ambiente. Estos incluyen si pueden provocar una reacción alérgica , si los transgenes podrían transferirse a células humanas y si los genes no aprobados para el consumo humano podrían cruzarse con la cadena alimentaria . ^{[ 11 ]}

Existe un consenso científico ^{[ 349 ] [ 350 ] [ 351 ] [ 352 ]} de que los alimentos actualmente disponibles derivados de cultivos transgénicos no representan un mayor riesgo para la salud humana que los alimentos convencionales, ^{[ 353 ] [ 354 ] [ 355 ] [ 356 ] [ 357 ]} pero que cada alimento transgénico debe ser probado caso por caso antes de su introducción. ^{[ 358 ] [ 359 ] [ 360 ]} Sin embargo, es mucho menos probable que los miembros del público que los científicos perciban los alimentos transgénicos como seguros. ^{[ 361 ] [ 362 ] [ 363 ] [ 364 ]} El estatus legal y regulatorio de los alimentos transgénicos varía según el país, con algunas naciones que los prohíben o restringen, y otras que los permiten con grados de regulación muy diferentes. ^{[ 329 ] [ 365 ] [ 331 ] [ 332 ]}

Hasta bien entrada la década de 1990, se pensaba que el flujo genético hacia poblaciones silvestres era improbable y raro, y que, de ocurrir, se erradicaría fácilmente. Se creía que esto no añadiría costes ni riesgos ambientales adicionales; no se esperaban efectos más allá de los ya causados ​​por las aplicaciones de plaguicidas. ^{[ 366 ]} Sin embargo, en las décadas posteriores, se han observado varios ejemplos de este tipo. El flujo genético entre cultivos transgénicos y plantas compatibles, junto con el mayor uso de herbicidas de amplio espectro , ^{[ 367 ]} puede aumentar el riesgo de poblaciones de malezas resistentes a los herbicidas . ^{[ 368 ]} El debate sobre el alcance y las consecuencias del flujo genético se intensificó en 2001 cuando se publicó un artículo que mostraba que se habían encontrado transgenes en maíz de variedad local en México, el centro de diversidad del cultivo . ^{[ 369 ] [ 370 ]} Se ha descubierto que el flujo genético de cultivos transgénicos a otros organismos es generalmente menor que el que ocurriría de forma natural. ^{[ 371 ]} Para abordar algunas de estas preocupaciones, se han desarrollado algunos OGM con características que ayudan a controlar su propagación. Para evitar que el salmón genéticamente modificado se reproduzca inadvertidamente con el salmón salvaje, todos los peces criados para el consumo son hembras, triploides , el 99% son reproductivamente estériles y se crían en áreas donde el salmón escapado no podría sobrevivir. ^{[ 372 ] [ 373 ]} También se han modificado bacterias para que dependan de nutrientes que no se encuentran en la naturaleza, ^{[ 374 ]} y se ha desarrollado tecnología de restricción del uso genético , aunque aún no comercializada, que hace que la segunda generación de plantas transgénicas sea estéril. ^{[ 375 ]}

Otras preocupaciones ambientales y agronómicas incluyen una disminución de la biodiversidad, un aumento de plagas secundarias (plagas no objetivo) y la evolución de plagas de insectos resistentes. ^{[ 376 ] [ 377 ] [ 378 ]} En las áreas de China y EE. UU. con cultivos Bt, la biodiversidad general de insectos ha aumentado y el impacto de las plagas secundarias ha sido mínimo. ^{[ 379 ]} Se encontró que la resistencia era lenta para evolucionar cuando se siguieron las estrategias de mejores prácticas. ^{[ 379 ]} El impacto de los cultivos Bt en organismos beneficiosos no objetivo se convirtió en un problema público después de que un artículo de 1999 sugiriera que podrían ser tóxicos para las mariposas monarca . Estudios posteriores han demostrado que los niveles de toxicidad encontrados en el campo no fueron lo suficientemente altos como para dañar a las larvas. ^{[ 380 ]}

Las acusaciones de que los científicos están " jugando a ser Dios " y otros problemas religiosos se han atribuido a la tecnología desde el principio. ^{[ 381 ]} Con la capacidad de ingeniería genética humana ahora posible, existen preocupaciones éticas sobre hasta dónde debería llegar esta tecnología, o si debería usarse en absoluto. ^{[ 382 ]} Gran parte del debate gira en torno a dónde está la línea entre tratamiento y mejora y si las modificaciones deberían ser hereditarias. ^{[ 383 ]} Otras preocupaciones incluyen la contaminación del suministro de alimentos no modificados genéticamente, ^{[ 384 ] [ 385 ]} el rigor del proceso regulatorio, ^{[ 386 ] [ 387 ]} la consolidación del control del suministro de alimentos en empresas que fabrican y venden OMG, ^{[ 388 ]} la exageración de los beneficios de la modificación genética, ^{[ 389 ]} o las preocupaciones sobre el uso de herbicidas con glifosato . ^{[ 390 ]} Otros problemas planteados incluyen la patentación de la vida ^{[ 391 ]} y el uso de los derechos de propiedad intelectual . ^{[ 392 ]}

Hay grandes diferencias en la aceptación de los OGM por parte de los consumidores, siendo los europeos más propensos a ver los alimentos transgénicos de forma negativa que los norteamericanos. ^{[ 393 ]} Los OGM aparecieron en escena cuando la confianza pública en la seguridad alimentaria, atribuida a recientes alarmas alimentarias como la encefalopatía espongiforme bovina y otros escándalos relacionados con la regulación gubernamental de productos en Europa, era baja. ^{[ 394 ]} Esto, junto con las campañas llevadas a cabo por varias organizaciones no gubernamentales (ONG), ha tenido mucho éxito en bloquear o limitar el uso de cultivos transgénicos. ^{[ 395 ]} ONG como la Organic Consumers Association , la Union of Concerned Scientists , ^{[ 396 ] [ 397 ] [ 398 ]} Greenpeace y otros grupos han dicho que los riesgos no se han identificado y gestionado adecuadamente ^{[ 399 ]} y que hay preguntas sin respuesta sobre el posible impacto a largo plazo en la salud humana de los alimentos derivados de OGM. Proponen el etiquetado obligatorio ^{[ 400 ] [ 401 ]} o una moratoria sobre dichos productos. ^{[ 388 ] [ 386 ] [ 402 ]}