Técnicas convencionales para la producción de transgénicos

Como ya se ha comentado en este blog, el ser humano lleva desde siempre modificando las características de animales y cultivos mediante la crianza selectiva o la selección artificial de los organismos más ventajosos con el fin de obtener mejores rasgos o mantenerlos en la siguiente generación de individuos. Gracias al avance en la investigación científica en torno a la Biotecnología y la Ingeniería Genética a lo largo de los años, se han desarrollado múltiples técnicas que han permitido la manipulación dirigida del material genético de un organismo para conseguir que desarrolle características deseadas. 

Hace años, las técnicas de modificación genética clásicas o directas consistían en conseguir organismos mutantes, es decir, con mutaciones o cambios en su ADN usando sustancias o radiaciones capaces de interactuar con el material genético y modificarlo, para así conseguir que desarrollaran las características deseadas. Este procedimiento resultaba bastante costoso y daba pocos resultados, ya que es muy difícil modificar el gen o los genes aleatoriamente hasta obtener el resultado deseado, por no hablar de que se producían otras muchas mutaciones en distintas regiones del genoma que podían producir efectos indeseados. 

Este problema se solucionó tras el desarrollo de las técnicas de la genética reversa, en la cual se modifica específicamente una o varias secuencias del genoma y se observa su efecto en el organismo. Gracias a la Ingeniería Genética se ha conseguido dar un paso más, permitiendo aislar, fraccionar y ensamblar diferentes moléculas de ADN en una sola construcción de ADN recombinante, que no es más que una molécula híbrida que contiene el fragmento de ADN que será expresado por el organismo unido a otra molécula de ADN vector que actúa como vehículo. Todos estos avances han hecho posible la transgénesis, el procedimiento biotecnológico por el que se introduce un gen foráneo (transgén) en el genoma de un ser vivo. Normalmente se intenta integrar en sus gametos para que ese transgén pueda ser heredado por su descendencia. Dentro de la transgénesis, podemos diferenciar distintas técnicas y procedimientos más utilizados dependiendo de si el organismo que se va a modificar es de origen animal o vegetal.

Obtención de plantas transgénicas

Estas técnicas aprovechan la totipotencia y versatilidad de las células vegetales, pudiendo transformar las semillas o células de tejidos diferenciados de la planta y desarrollar individuos completamente transgénicos. Las técnicas convencionales más comunes son las siguientes: 

• Transformación genética mediada por Rhizobium radiobacter (antes conocida como Agrobacterium tumefaciens). R. radiobacter es una bacteria del suelo muy común que es capaz de infectar células vegetales en la naturaleza y producir tumores. Esto es debido a que la bacteria transfiere el plásmido Ti (una molécula circular de ADN) a la célula vegetal y este se integra en su genoma, provocando su división celular descontrolada. Esta capacidad de integrarse en el genoma vegetal del plásmido Ti ha sido muy utilizada por los investigadores ya que se pueden sustituir los genes de virulencia de la bacteria por los genes que se desee, como genes de resistencia a insectos. Se suele sumergir las flores de una planta en una solución con la bacteria que contiene el plásmido para obtener semillas transgénicas.


• Microinyección. Consiste en la introducción de la construcción genética en el núcleo de una única célula utilizando una aguja microscópica de vidrio llamada micromanipulador. Es una
  
  técnica que permite controlar la cantidad de transgén que se inyecta en la célula, así como seleccionar una única célula. Este procedimiento se puede llevar a cabo tanto en células animales como vegetales, pero estas últimas presentan una pared celular que dificulta el proceso y requiere que se utilizan agujas más gruesas.

• Electroporación. Se basa en la aplicación de pulsos eléctricos de alto voltaje sobre células, los cuales ocasionan poros reversibles en la membrana celular y el núcleo. A través de los poros generados pasará la construcción que se encuentra en la disolución. Es una técnica efectiva y simple, pero deben usarse células vegetales sin pared celular (protoplastos).

• Biolística o bombardeo con microproyectiles. Se trata de un método común que consiste en la preparación de microproyectiles de oro o tungsteno recubiertos de moléculas de ADN, los cuales se aceleran a alta velocidad y son proyectados hacia las células vegetales. Estas partículas son capaces de atravesar la pared celular y una vez dentro se separan e insertan en el genoma celular. Se utiliza un aparato llamado Pistola de partículas o Pistola de Genes. No obstante, esta técnica presenta algunas desventajas, ya que es muy costosa y puede producir daños en las células por la velocidad que alcanzan las partículas.

Obtención de animales transgénicos

Como se ha comentado, algunas de las técnicas utilizadas para obtención de plantas transgénicas también pueden utilizarse con células animales, pero existen otras destinadas exclusivamente a producir organismos más complejos que los del reino vegetal. Algunas de estas técnicas son las siguientes:

• Microinyección pronuclear. Es un procedimiento similar al de plantas, pero en este caso se inyecta la construcción en uno de los pronúcleos de un ovocito fecundado, es decir, el núcleo proveniente del espermatozoide o el del óvulo tras ser fecundado. Este método es muy costoso e ineficaz, ya que requiere una preparación hormonal tanto de la hembra dadora de los óvulos como de la hembra en la que se desarrollará posteriormente el embrión, además de que el transgén se integrará en una zona del genoma que permita su correcta expresión y no interfiera con el resto de genes en un bajo porcentaje de las veces.

• Vectores virales. Se utilizan virus recombinantes para introducir genes en el embrión. Aunque estos virus han sido muy estudiados para la terapia génica en humanos, los genes integrados por estos virus no se expresan o se expresan brevemente tras el nacimiento del individuo. Además, al tratarse de virus puede ponerse en duda su seguridad debido a su alta tasa de mutación.

• Transferencia de genes mediada por esperma (SGMT). Es una técnica que aprovecha la habilidad intrínseca de los espermatozoides de unirse e internalizar ADN exógeno, el cual será transferido posteriormente al óvulo tras la fecundación. Se ha comprobado que el ADN internalizado no se integra al azar en el genoma del gameto, sino que lo hace en sitios específicos. Esta capacidad de los espermatozoides se descubrió en 1971, pero no fue hasta los años 90 cuando se mostró interés por ella. Ha demostrado ser eficaz tanto en animales pequeños como grandes y se considera que puede ser utilizada para todas las especies que se reproduzcan sexualmente por gametos.

• “Gene targeting” o recombinación homóloga. El inconveniente algunas de las técnicas vistas hasta ahora es la inserción aleatoria de los transgenes en el genoma celular. Este problema se logra suplir mediante el “gene targeting” ya que el transgén se incorpora en las región del genoma de células madre embrionarias a la que es parcialmente complementaria, mediante el proceso que se conoce como recombinación homóloga. Podríamos decir que se intercambia un gen propio de la célula por otro ajeno que es parecido. Estas células transgénicas serán posteriormente introducidas mediante inyección en blastocistos (una fase del desarrollo de los embriones), dando lugar en un futuro a organismos quiméricos, es decir, organismos en los que parte de sus células son genéticamente distintas a las del resto del cuerpo. Una de las principales limitaciones de esta técnica es la disponibilidad de células madre embrionarias, puesto que actualmente solo se han obtenido este tipo de células del ratón.

Todas estas técnicas han sido y/o siguen siendo utilizadas para obtener organismos transgénicos. No obstante, la ciencia sigue evolucionando y cada vez son más las herramientas y técnicas que se descubren para poder modificar de forma específica el material genético de los seres vivos, con el fin de proporcionarles rasgos beneficiosos para la sociedad o eliminar aquellos que son desventajosos como podrían ser algunos tipos de enfermedades genéticas. Una de estas técnicas más novedosas y que está teniendo resultados asombrosos es la edición genética mediante CRISPR-Cas9, la cual será motivo de discusión en el próximo post.

Bibliografía

http://bioinformatica.uab.cat/base/documents/genetica_gen201516/portfolio/Trasg%C3%A9nicos2016_6_2P9_16_15.pdf
http://www.colvema.org/pdf/amg1.pdf
https://www.medigraphic.com/pdfs/revcubalnut/can-2011/can111k.pdf
https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-La-genetica-directa-y-reversa-La-genetica-clasica-o-directa-se-basa-en-la_fig1_257364069
http://www.scielo.org.co/pdf/rfnam/v58n1/a01v58n1.pdf
https://www.lainter.edu.mx/blog/2018/03/05/metodos-de-transformacion-genetica-en-plantas/