bacterias genéticamente modificadas

Las bacterias genéticamente modificadas fueron los primeros organismos en ser modificados en el laboratorio, debido a su genética simple. ^{[ 1 ]} Estos organismos se utilizan actualmente para diversos fines y son particularmente importantes en la producción de grandes cantidades de proteínas humanas puras para uso médico. ^{[ 2 ]}

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 después, fue aprobada por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) .

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 para modificar sus cromosomas. ^{[ 3 ]} 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, son relativamente fáciles de transformar y pueden almacenarse a -80  °C casi indefinidamente. Una vez aislado un gen, puede almacenarse dentro de la bacteria, proporcionando un suministro ilimitado para la investigación. ^{[ 4 ]} La gran cantidad de plásmidos personalizados hace que la manipulación del ADN extraído de las bacterias sea relativamente fácil. ^{[ 5 ]}

Su facilidad de uso las 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 se lleva a cabo dentro de plásmidos bacterianos antes de ser transferidos a otro huésped. Las bacterias son el organismo modelo más simple y gran parte de nuestro conocimiento inicial de la biología molecular proviene del estudio de Escherichia coli . ^{[ 6 ]} 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. ^{[ 7 ]} 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 . ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

Las bacterias se han utilizado en la producción de alimentos durante mucho tiempo, y se han desarrollado y seleccionado cepas específicas para este 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 . ^{[ 11 ]} Los productos alimenticios derivados de bacterias genéticamente modificadas incluyen la alfa-amilasa , que convierte el almidón en azúcares simples; la quimosina , que coagula la proteína de la leche para la elaboración de queso; y la pectinesterasa , que mejora la claridad del jugo de frutas. ^{[ 12 ]}

Las bacterias modificadas genéticamente se utilizan para producir grandes cantidades de proteínas para uso industrial. Generalmente, las bacterias se cultivan hasta alcanzar un gran volumen antes de activar el gen que codifica la proteína. Posteriormente, las bacterias se cosechan y se purifica la proteína deseada. ^{[ 14 ]} El alto costo de extracción y purificación ha provocado que solo se produzcan productos de alto valor a escala industrial. ^{[ 15 ]}

Con una mayor comprensión del papel que desempeña el microbioma en la salud humana, existe la posibilidad de tratar enfermedades alterando genéticamente las bacterias para que actúen como agentes terapéuticos. Algunas ideas incluyen modificar las bacterias intestinales para que destruyan las bacterias dañinas, o utilizar bacterias para reemplazar o aumentar enzimas o proteínas deficientes. Un enfoque de investigación es modificar Lactobacillus , bacterias que brindan naturalmente cierta protección contra el VIH , con genes que mejorarán aún más esta protección. ^{[ 24 ]} Las bacterias que generalmente causan caries dental han sido modificadas genéticamente para que ya no produzcan ácido láctico corrosivo . ^{[ 25 ]} Estas bacterias transgénicas, si se les permite colonizar la boca de una persona, podrían reducir la formación de caries. ^{[ 26 ]} Los microbios transgénicos también se han utilizado en investigaciones recientes para eliminar o inhibir tumores y para combatir la enfermedad de Crohn . ^{[ 27 ]}

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 medicamentos tradicionales.

Un ejemplo de este tipo de intermediario, que solo forma colonias transitorias en el tracto gastrointestinal , es Lactobacillus Acidophilus MPH734 . Este se utiliza como tratamiento específico para la intolerancia a la lactosa . Esta versión genéticamente modificada de la bacteria Lactobacillus acidophilus produce una enzima ausente llamada lactasa , que se utiliza para la digestión de la lactosa presente en los productos lácteos o, más comúnmente, en los alimentos preparados con ellos. La colonia transitoria se induce mediante un tratamiento de una semana con 21 comprimidos, tras el cual, la colonia puede producir lactasa durante tres meses o más antes de ser eliminada del organismo por procesos naturales. El tratamiento de inducción puede repetirse tantas veces como sea necesario para mantener la protección contra los síntomas de la intolerancia a la lactosa, o bien interrumpirse sin consecuencias, salvo la reaparición de los síntomas originales.

Existe preocupación de que la transferencia horizontal de genes a otras bacterias pueda tener efectos desconocidos. A partir de 2018, se están realizando ensayos clínicos para evaluar la eficacia y seguridad de estos tratamientos. ^{[ 24 ]}

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 con hielo y conferirles cierta resistencia a las heladas. ^{[ 28 ]}

Otros usos de las bacterias genéticamente modificadas incluyen la biorremediación , donde las bacterias 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. ^{[ 29 ]} También se han desarrollado bacterias GM para lixiviar cobre del mineral, ^{[ 30 ]} limpiar la contaminación por mercurio ^{[ 31 ]} y detectar arsénico en el agua potable. ^{[ 32 ]} También se ha creado bioarte utilizando bacterias genéticamente modificadas. En la década de 1980, el artista Joe 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 luego se expresó en Escherichia coli . ^{[ 33 ]} Esto se llevó un paso más allá en 2012, cuando se codificó un libro completo en ADN. ^{[ 34 ]} También se han producido pinturas utilizando bacterias transformadas con proteínas fluorescentes. ^{[ 33 ] [ 35 ] [ 36 ]}

• Insulina
• Vacuna contra la hepatitis B
• Activador tisular del plasminógeno
• hormona del crecimiento humana
• Bacterias sin hielo
• Interferón
• Maíz Bt ^{[ 37 ]}
• Terraformación §  Otras posibilidades

• Karl Drlica (2004). Comprender el ADN y la clonación de genes: una guía para los curiosos (4.ª  ed.). Wiley. ISBN 978-0-471-43416-0.