Transgén

Un transgén es un gen que se ha transferido de forma natural, o mediante diversas técnicas de ingeniería genética , de un organismo a otro. La introducción de un transgén, en un proceso conocido como transgénesis , tiene el potencial de modificar el fenotipo de un organismo. El término transgén describe un segmento de ADN que contiene una secuencia genética aislada de un organismo y que se introduce en otro diferente. Este segmento de ADN no nativo puede conservar la capacidad de producir ARN o proteínas en el organismo transgénico, o bien alterar la función normal de su código genético. Generalmente, el ADN se incorpora a la línea germinal del organismo . Por ejemplo, en vertebrados superiores , esto se puede lograr inyectando el ADN extraño en el núcleo de un óvulo fecundado . Esta técnica se utiliza habitualmente para introducir genes de enfermedades humanas u otros genes de interés en cepas de ratones de laboratorio con el fin de estudiar la función o la patología asociada a dicho gen.

La construcción de un transgén requiere el ensamblaje de algunas partes principales. El transgén debe contener un promotor , que es una secuencia reguladora que determinará dónde y cuándo se activa, un exón , una secuencia codificante de proteínas (generalmente derivada del ADNc de la proteína de interés) y una secuencia de parada. Estas se combinan típicamente en un plásmido bacteriano y las secuencias codificantes se eligen generalmente de transgenes con funciones previamente conocidas. ^{[ 1 ]}

Los organismos transgénicos o modificados genéticamente , ya sean bacterias, virus u hongos, se utilizan para diversos fines de investigación. Se han desarrollado plantas , insectos, peces y mamíferos transgénicos (incluidos los humanos). En algunos países (por ejemplo, Estados Unidos), plantas transgénicas como el maíz y la soja han reemplazado a las variedades silvestres en la agricultura. Desde 2001, se ha documentado la persistencia e invasión de transgenes en cultivos transgénicos. Los organismos transgénicos plantean interrogantes éticos y pueden generar problemas de bioseguridad .

La idea de moldear un organismo para adaptarlo a una necesidad específica no es una ciencia nueva. Sin embargo, hasta finales del siglo XX, los agricultores y científicos solo podían obtener nuevas cepas de plantas u organismos a partir de especies estrechamente relacionadas, ya que el ADN debía ser compatible para que la descendencia pudiera reproducirse.

En las décadas de 1970 y 1980, los científicos superaron este obstáculo al inventar procedimientos para combinar el ADN de dos especies muy diferentes mediante ingeniería genética . Los organismos producidos por estos procedimientos se denominaron transgénicos. La transgénesis es similar a la terapia génica en el sentido de que ambas transforman células con un propósito específico. Sin embargo, son completamente diferentes en sus propósitos, ya que la terapia génica busca curar un defecto celular, mientras que la transgénesis pretende producir un organismo genéticamente modificado mediante la incorporación del transgén específico en cada célula y la modificación del genoma . Por lo tanto, la transgénesis modificará las células germinales, no solo las somáticas, para asegurar que los transgenes se transmitan a la descendencia cuando los organismos se reproduzcan. Los transgenes alteran el genoma bloqueando la función de un gen huésped; pueden reemplazar el gen huésped por uno que codifica una proteína diferente o introducir un gen adicional. ^{[ 2 ]}

El primer organismo transgénico se creó en 1974 cuando Annie Chang y Stanley Cohen expresaron genes de Staphylococcus aureus en Escherichia coli . ^{[ 3 ]} En 1978, las células de levadura fueron los primeros organismos eucariotas en experimentar transferencia genética. ^{[ 4 ]} Las células de ratón se transformaron por primera vez en 1979, seguidas de embriones de ratón en 1980. La mayoría de las primeras transmutaciones se realizaron mediante microinyección de ADN directamente en las células. Los científicos pudieron desarrollar otros métodos para realizar las transformaciones, como la incorporación de transgenes en retrovirus y su posterior infección de células; el uso de electroinfusión, que aprovecha una corriente eléctrica para hacer pasar ADN extraño a través de la pared celular; la biolística , que es el procedimiento de disparar "balas de ADN" a las células; y también la introducción de ADN en el óvulo recién fecundado. ^{[ 5 ]}

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

Se han diseñado diversas plantas transgénicas para la agricultura con el fin de producir cultivos genéticamente modificados , como maíz, soja, aceite de colza, algodón, arroz y otros. A partir de 2012Estos cultivos transgénicos se plantaron en 170  millones de hectáreas en todo el mundo. ^{[ 6 ]}

Los ratones genéticamente modificados son el modelo animal más común para la investigación transgénica. ^{[ 22 ]} Actualmente, los ratones transgénicos se utilizan para estudiar diversas enfermedades, como el cáncer, la obesidad, las enfermedades cardíacas, la artritis, la ansiedad y la enfermedad de Parkinson. ^{[ 23 ]} Los dos tipos más comunes de ratones genéticamente modificados son los ratones knockout y los oncocitos . Los ratones knockout son un tipo de modelo de ratón que utiliza la inserción transgénica para interrumpir la expresión de un gen existente. Para crear ratones knockout, se inserta un transgén con la secuencia deseada en un blastocisto de ratón aislado mediante electroporación . Posteriormente, se produce una recombinación homóloga de forma natural en algunas células, reemplazando el gen de interés por el transgén diseñado. Mediante este proceso, los investigadores pudieron demostrar que un transgén puede integrarse en el genoma de un animal, desempeñar una función específica dentro de la célula y transmitirse a las generaciones futuras. ^{[ 24 ]}

Los oncomice son otra especie de ratón genéticamente modificado creado mediante la inserción de transgenes que aumentan la vulnerabilidad del animal al cáncer. Los investigadores del cáncer utilizan los oncomice para estudiar los perfiles de diferentes tipos de cáncer con el fin de aplicar este conocimiento a estudios en humanos. ^{[ 24 ]}

Se han realizado numerosos estudios sobre la transgénesis en Drosophila melanogaster , la mosca de la fruta. Este organismo ha sido un modelo genético útil durante más de 100 años, debido a su patrón de desarrollo bien comprendido. La transferencia de transgenes al genoma de Drosophila se ha realizado utilizando diversas técnicas, incluyendo el elemento P , Cre-loxP y la inserción de ΦC31 . El método más utilizado hasta ahora para insertar transgenes en el genoma de Drosophila utiliza elementos P. Los elementos P transponibles, también conocidos como transposones , son segmentos de ADN bacteriano que se translocan al genoma, sin la presencia de una secuencia complementaria en el genoma del huésped. Los elementos P se administran en pares de dos, que flanquean la región de inserción de ADN de interés. Además, los elementos P suelen constar de dos componentes plasmídicos, uno conocido como transposasa del elemento P y el otro, el esqueleto del transposón P. La porción del plásmido transposasa dirige la transposición del esqueleto del transposón P, que contiene el transgén de interés y, a menudo, un marcador, entre los dos sitios terminales del transposón. El éxito de esta inserción resulta en la adición irreversible del transgén de interés al genoma. Si bien este método ha demostrado ser eficaz, los sitios de inserción de los elementos P suelen ser incontrolables, lo que resulta en una inserción aleatoria y desfavorable del transgén en el genoma de Drosophila . ^{[ 25 ]}

Para mejorar la localización y precisión del proceso transgénico, se ha introducido una enzima conocida como Cre . Cre ha demostrado ser un elemento clave en un proceso conocido como intercambio de casetes mediado por recombinasa (RMCE). Si bien ha demostrado tener una menor eficiencia de transformación transgénica que las transposasas del elemento P, Cre reduce considerablemente la necesidad de equilibrar inserciones aleatorias de P, un proceso que requiere mucho trabajo. Cre facilita la transgénesis dirigida del segmento génico de ADN de interés, ya que permite el mapeo de los sitios de inserción del transgén, conocidos como sitios loxP. Estos sitios, a diferencia de los elementos P, pueden insertarse específicamente para flanquear un segmento cromosómico de interés, lo que facilita la transgénesis dirigida. La transposasa Cre es importante en la escisión catalítica de los pares de bases presentes en los sitios loxP cuidadosamente posicionados, lo que permite inserciones más específicas del plásmido donante transgénico de interés. ^{[ 26 ]}

Para superar las limitaciones y los bajos rendimientos que producen los métodos de transformación mediada por transposones y Cre-loxP, recientemente se ha utilizado el bacteriófago ΦC31 . Estudios recientes de gran avance implican la microinyección de la integrasa del bacteriófago ΦC31, que muestra una mejor inserción de transgenes de grandes fragmentos de ADN que no pueden ser transpuestos únicamente por elementos P. Este método implica la recombinación entre un sitio de unión (attP) en el fago y un sitio de unión en el genoma del huésped bacteriano (attB). En comparación con los métodos habituales de inserción de transgenes mediante elementos P, ΦC31 integra el vector transgénico completo, incluyendo secuencias bacterianas y genes de resistencia a antibióticos. Desafortunadamente, se ha observado que la presencia de estas inserciones adicionales afecta el nivel y la reproducibilidad de la expresión del transgén.

Una aplicación agrícola consiste en la cría selectiva de animales con características específicas: se ha producido ganado transgénico con un fenotipo de mayor musculatura mediante la sobreexpresión de un ARN de horquilla corta homólogo al ARNm de la miostatina utilizando interferencia de ARN . ^{[ 27 ]} Los transgenes se utilizan para producir leche con altos niveles de proteínas o seda a partir de la leche de cabra. Otra aplicación agrícola consiste en la cría selectiva de animales resistentes a enfermedades o animales para la producción biofarmacéutica. ^{[ 27 ]}

La aplicación de transgenes es un área de la biología molecular en rápido crecimiento . En 2005, se predijo que en las próximas dos décadas se generarían 300 000 líneas de ratones transgénicos. ^{[ 28 ]} Los investigadores han identificado numerosas aplicaciones para los transgenes, particularmente en el campo de la medicina. Los científicos se centran en el uso de transgenes para estudiar la función del genoma humano con el fin de comprender mejor las enfermedades, adaptar órganos animales para trasplantes en humanos y producir productos farmacéuticos como insulina , hormona del crecimiento y factores anticoagulantes sanguíneos a partir de la leche de vacas transgénicas.

En 2004 se conocían cinco mil enfermedades genéticas , y el potencial para tratarlas mediante animales transgénicos es, quizás, una de las aplicaciones más prometedoras de los transgenes. Existe la posibilidad de utilizar la terapia génica humana para reemplazar un gen mutado con una copia no mutada de un transgén con el fin de tratar el trastorno genético. Esto se puede lograr mediante el uso de Cre-Lox o knockout . Además, se están estudiando trastornos genéticos mediante el uso de ratones, cerdos, conejos y ratas transgénicos. Se han creado conejos transgénicos para estudiar arritmias cardíacas hereditarias, ya que el corazón del conejo se asemeja mucho más al corazón humano que el del ratón. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Más recientemente, los científicos también han comenzado a utilizar cabras transgénicas para estudiar trastornos genéticos relacionados con la fertilidad . ^{[ 31 ]}

Los transgenes pueden utilizarse para el xenotrasplante de órganos de cerdo. Mediante el estudio del rechazo de xenoórganos, se descubrió que se produce un rechazo agudo del órgano trasplantado al entrar en contacto con la sangre del receptor, debido al reconocimiento de anticuerpos extraños en las células endoteliales del órgano trasplantado. Los científicos han identificado el antígeno en los cerdos que causa esta reacción y, por lo tanto, pueden trasplantar el órgano sin rechazo inmediato mediante la eliminación del antígeno. Sin embargo, el antígeno comienza a expresarse posteriormente y se produce el rechazo. Por consiguiente, se están realizando más investigaciones. Microorganismos transgénicos capaces de producir proteínas catalíticas o enzimas que aumentan la velocidad de las reacciones industriales.

El uso de transgenes en humanos actualmente presenta numerosos problemas. La transformación de genes en células humanas aún no se ha perfeccionado. El ejemplo más conocido de esto involucró a ciertos pacientes que desarrollaron leucemia de células T después de ser tratados por inmunodeficiencia combinada grave ligada al cromosoma X (X-SCID). ^{[ 32 ]} Esto se atribuyó a la proximidad del gen insertado al promotor LMO2 , que controla la transcripción del protooncogén LMO2. ^{[ 33 ]}

• Híbrido
• proteína de fusión
• acervo genético
• flujo genético
• Introgresión
• Hibridación de ácidos nucleicos
• Modelos de ratón de metástasis de cáncer de mama

• Cyranoski, D (2009). "Un primate transgénico de reciente creación podría convertirse en un modelo de enfermedad alternativo a los macacos rhesus" . Nature . 459 (7246): 492. doi : 10.1038/459492a . PMID 19478751 .