Organismo genéticamente modificado - Genetically modified organism

Un organismo modificado genéticamente ( OMG ) es cualquier organismo cuyo material genético ha sido alterado mediante técnicas de ingeniería genética . La definición exacta de un organismo modificado genéticamente y lo que constituye la ingeniería genética varía, siendo el más común un organismo alterado de una manera que "no ocurre naturalmente por apareamiento y / o recombinación natural ". Una amplia variedad de organismos han sido modificados genéticamente (GM), desde animales hasta plantas y microorganismos. Los genes se han transferido dentro de la misma especie , entre especies (creando organismos transgénicos) e incluso entre reinos . Se pueden introducir nuevos genes o se pueden mejorar, alterar o eliminar genes endógenos .

La creación de un organismo modificado genéticamente es un proceso de varios pasos. Los ingenieros genéticos deben aislar el gen que desean insertar en el organismo huésped y combinarlo con otros elementos genéticos, incluida una región promotora y terminadora y, a menudo, un marcador seleccionable . Hay varias técnicas disponibles para insertar el gen aislado en el genoma del huésped . Los avances recientes que utilizan técnicas de edición del genoma , en particular CRISPR , han simplificado mucho la producción de OMG. 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 que se comercializó fue el GloFish (2003) y el primer animal modificado genéticamente que se aprobó para uso alimentario fue el salmón AquAdvantage en 2015.

Las bacterias son los organismos más fáciles de diseñar y se han utilizado para la investigación, la producción de alimentos, la purificación de proteínas industriales (incluidas las drogas), la agricultura y el arte. Existe la posibilidad de utilizarlos con fines ambientales o como medicina. Los hongos se han diseñado con los mismos objetivos. Los virus juegan un papel importante como vectores para insertar información genética en otros organismos. Este uso es especialmente relevante para la terapia génica humana . Hay propuestas para eliminar los genes virulentos de los virus para crear vacunas. Las plantas se han diseñado para la investigación científica, para crear nuevos colores en las plantas, administrar vacunas y crear cultivos mejorados. Los cultivos genéticamente modificados son públicamente los OGM más controvertidos, a pesar de tener los mayores beneficios para la salud humana y el medio ambiente. La mayoría están diseñados para tolerancia a herbicidas o resistencia a insectos. El arroz dorado ha sido diseñado con tres genes que aumentan su valor nutricional . Otras perspectivas para los cultivos transgénicos son los biorreactores para la producción de biofármacos , biocombustibles o medicamentos.

Por lo general, los animales son 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 seres humanos, por lo que los que han sido modificados genéticamente para parecerse a enfermedades humanas graves son importantes para el descubrimiento y desarrollo de tratamientos. Es más probable que las proteínas humanas expresadas en mamíferos sean similares a sus contrapartes naturales que las expresadas en plantas o microorganismos. El ganado se modifica con la intención de mejorar características económicamente importantes como la tasa de crecimiento, la calidad de la carne, la composición de la leche, la resistencia a enfermedades y la supervivencia. Los peces genéticamente modificados se utilizan para la investigación científica, como mascotas y como fuente de alimento. Se ha propuesto la ingeniería genética como una forma de controlar los mosquitos, un vector de muchas enfermedades mortales. Aunque 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 .

Aunque existe un consenso científico en torno a la seguridad de los OMG, los negadores afirman que no son seguros. Muchos de estos involucran cultivos transgénicos y si los alimentos producidos a partir de ellos son seguros y qué impacto tendrá su cultivo en el medio ambiente. Otras preocupaciones son la objetividad y el rigor de las autoridades reguladoras, la contaminación de los alimentos no modificados genéticamente, el control del suministro de alimentos , el patentamiento de la vida y el uso de los derechos de propiedad intelectual. Aunque existe un consenso científico de que los alimentos actualmente disponibles derivados de cultivos transgénicos no representan un riesgo mayor para la salud humana que los alimentos convencionales, la seguridad de los alimentos transgénicos es un problema principal entre los negadores. El flujo de genes , el impacto en organismos no objetivo y el escape son las principales preocupaciones ambientales. Los países han adoptado medidas reglamentarias para hacer frente a estas preocupaciones. Existen diferencias en la regulación para la liberación de OGM entre países, y algunas de las diferencias más marcadas ocurren entre los EE. UU. Y Europa. Las cuestiones clave relativas a los reguladores incluyen si los alimentos modificados genéticamente deben etiquetarse y el estado de los organismos editados genéticamente.

Definición

Lo que constituye un organismo genéticamente modificado (OMG) no está claro y varía mucho entre países, organismos internacionales y otras comunidades.

En su forma más amplia, la definición de OMG puede incluir cualquier cosa que tenga sus genes alterados, incluso por naturaleza.

Desde un punto de vista menos amplio, puede abarcar todos los organismos 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 de" probeta "), los bancos de esperma , la clonación y la manipulación genética. La Unión Europea (UE) incluyó una definición igualmente amplia en las primeras revisiones, mencionando específicamente que los OMG se producen mediante " cría selectiva y otros medios de selección artificial". Estas definiciones se ajustaron rápidamente con una serie de excepciones agregadas como resultado de la presión de las comunidades científicas y agrícolas, así como de los avances en la ciencia. Posteriormente, la definición de la UE excluyó la reproducción tradicional, la fertilización in vitro, la inducción de poliploidía , la reproducción por mutaciones y las técnicas de fusión celular que no utilizan ácidos nucleicos recombinantes o un organismo modificado genéticamente en el proceso.

Otro enfoque fue la definición proporcionada por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación , la Organización Mundial de la Salud y la Comisión Europea que dice que los organismos deben ser alterados de una manera que "no ocurra naturalmente por apareamiento y / o recombinación natural ". Los avances en la ciencia, como el descubrimiento de que la transferencia horizontal de genes es un fenómeno natural relativamente común, contribuyó a la confusión sobre lo que "ocurre naturalmente", lo que dio lugar a nuevos ajustes y excepciones. Hay ejemplos de cultivos que se ajustan a esta definición, pero que normalmente no se consideran OMG. Por ejemplo, el triticale del cultivo de cereales se desarrolló por completo en un laboratorio en 1930 utilizando varias técnicas para alterar su genoma.

Organismo modificado genéticamente (GEO) puede considerarse un término más preciso en comparación con OMG cuando se describen los genomas de organismos que han sido manipulados directamente con biotecnología. El Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad de 2000 utilizó el sinónimo de organismo vivo modificado ( OVM ) y lo definió como "cualquier organismo vivo que posea una combinación novedosa de material genético obtenido mediante el uso de la biotecnología moderna". La biotecnología moderna se define además como "técnicas de ácido nucleico in vitro, incluido el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos, o fusión de células más allá de la familia taxonómica".

Los científicos no usaban originalmente el término OGM para describir organismos modificados genéticamente hasta que el uso de OGM se hizo común en los medios de comunicación populares. El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) considera que los OGM son plantas o animales con cambios hereditarios introducidos por ingeniería genética o métodos tradicionales, mientras que GEO se refiere específicamente a organismos con genes introducidos, eliminados o reorganizados mediante biología molecular, particularmente técnicas de ADN recombinante . como la transgénesis .

Las definiciones se centran en el proceso más que en el producto, lo que significa que podría haber OMG y no OMG con genotipos y fenotipos muy similares. Esto ha llevado a los científicos a etiquetarlo como una categoría científicamente sin sentido, diciendo que es imposible agrupar todos los diferentes tipos de OGM en una definición común. También ha causado problemas para las instituciones y grupos orgánicos que buscan prohibir los OGM. También plantea problemas a medida que se desarrollan nuevos procesos. Las definiciones actuales llegaron antes de que la edición del genoma se hiciera popular y existe cierta confusión sobre si son OGM. La UE ha dictaminado que están cambiando su definición de OMG para incluir "organismos obtenidos por mutagénesis ", pero los ha excluido de la regulación basada en un "largo historial de seguridad" y que se han "utilizado convencionalmente en una serie de aplicaciones". En contraste, el USDA ha dictaminado que los organismos editados genéticamente no se consideran OGM.

Incluso una mayor inconsistencia y confusión se asocia con varios esquemas de etiquetado "sin OGM" o "libre de OGM" en la comercialización de alimentos, en los que incluso productos como agua o sal, que no contienen sustancias orgánicas ni material genético (y, por lo tanto, no pueden genéticamente modificados por definición) se etiquetan para dar la impresión de ser "más saludables".

Producción

Una pistola genética utiliza la biolística para insertar ADN en el tejido vegetal.

La creación de un organismo modificado genéticamente (OMG) es un proceso de varios pasos. Los ingenieros genéticos deben aislar el gen que desean insertar en el organismo huésped. Este gen puede tomarse de una célula o sintetizarse artificialmente . Si el gen elegido o el genoma del organismo donante se ha estudiado bien, es posible que ya sea accesible desde una biblioteca genética . Luego, el gen se combina con otros elementos genéticos, que incluyen una región promotora y terminadora y un marcador seleccionable .

Hay varias técnicas disponibles para insertar el gen aislado en el genoma del huésped . Se puede inducir a las bacterias a que absorban ADN extraño, generalmente por exposición al calor o electroporación . 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 . En las plantas, el ADN se inserta a menudo mediante recombinación , biolística o electroporación mediada por Agrobacterium .

Como solo una sola célula se transforma con material genético, el organismo debe regenerarse a partir de esa única célula. En las plantas, esto se logra mediante el cultivo de tejidos . En los animales, es necesario asegurarse de que el ADN insertado esté presente en las células madre embrionarias . Se realizan más pruebas mediante PCR , hibridación Southern y secuenciación de ADN para confirmar que un organismo contiene el nuevo gen.

Tradicionalmente, el nuevo material genético se insertaba al azar dentro del genoma del huésped. Se han desarrollado técnicas de selección de genes , que crean rupturas bicatenarias y se aprovechan de los sistemas de reparación de recombinación homóloga natural de las células , para orientar la inserción en ubicaciones exactas . La edición del genoma utiliza nucleasas diseñadas artificialmente que crean rupturas en puntos específicos. Hay cuatro familias de nucleasas modificadas genéticamente : meganucleasas , nucleasas con dedos de zinc , nucleasas efectoras de tipo activador de la transcripción (TALEN) y el sistema Cas9-guideRNA (adaptado de CRISPR). TALEN y CRISPR son los dos más utilizados y cada uno tiene sus propias ventajas. Los TALEN tienen una mayor especificidad de objetivo, mientras que CRISPR es más fácil de diseñar y más eficiente.

Historia

Herbert Boyer (en la foto) y Stanley Cohen crearon el primer organismo modificado genéticamente en 1973.

Los seres humanos han domesticado plantas y animales desde alrededor del año 12, 000 a. C., utilizando la cría selectiva o la selección artificial (en contraste con la selección natural ). El proceso de cría selectiva , en el que se utilizan organismos con los rasgos deseados (y por lo tanto con los genes deseados ) para criar la próxima generación y los organismos que carecen del rasgo no se crían, es un precursor del concepto moderno de modificación genética. 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 .

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

En 1974 Rudolf Jaenisch creó el primer animal modificado genéticamente.

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

En 1983, la primera planta modificada genéticamente fue desarrollada por Michael W. Bevan , Richard B. Flavell y Mary-Dell Chilton . Infectaron tabaco con Agrobacterium transformado con un gen de resistencia a antibióticos y, mediante técnicas de cultivo de tejidos , pudieron cultivar una nueva planta que contenía el gen de resistencia. La pistola genética se inventó en 1987, permitiendo la transformación de plantas no susceptibles a la infección por Agrobacterium . En 2000, el arroz dorado enriquecido con vitamina A fue la primera planta desarrollada con mayor valor nutritivo.

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. La insulina producida por bacterias, humulina de marca , fue aprobada para su liberación por la Administración de Drogas y Alimentos en 1982. En 1988 se produjeron los primeros anticuerpos humanos en plantas. En 1987, una cepa de Pseudomonas syringae se convirtió en el primer organismo genéticamente modificado que se liberó al medio ambiente cuando se roció con él un campo de fresas y papas en California.

El primer cultivo genéticamente modificado , una planta de tabaco resistente a los antibióticos, se produjo en 1982. China fue el primer país en comercializar plantas transgénicas, introduciendo un tabaco resistente a virus en 1992. En 1994, Calgene obtuvo la aprobación para comercializar el tomate Flavr Savr , el primer alimento modificado genéticamente . También en 1994, la Unión Europea aprobó el tabaco modificado para que sea resistente al herbicida bromoxinilo , lo que lo convierte en el primer cultivo modificado genéticamente comercializado en Europa. En 1995 se aprobó la liberación de una papa resistente a los insectos en los EE. UU., Y en 1996 se había otorgado la aprobación para cultivar comercialmente 8 cultivos transgénicos y un cultivo de flores (clavel) en 6 países más la UE.

En 2010, los 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 .

El primer animal genéticamente modificado que se comercializó fue el GloFish , un pez cebra al que se le ha añadido un gen fluorescente que le permite brillar en la oscuridad bajo luz ultravioleta . Fue lanzado al mercado estadounidense en 2003. En 2015, el salmón AquAdvantage se convirtió en el primer animal genéticamente modificado en ser aprobado para uso alimentario. La aprobación es para el pescado criado en Panamá y vendido en los EE. UU. El salmón se transformó con un gen regulador de la hormona del crecimiento de un salmón Chinook del Pacífico y un promotor de un puchero oceánico que le permitió crecer durante todo el año en lugar de solo durante la primavera y el verano.

Bacterias

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

Las bacterias fueron los primeros organismos en ser modificados genéticamente en el laboratorio, debido a la relativa facilidad para modificar sus cromosomas. Esta facilidad los convirtió en herramientas importantes para la creación de otros OGM. Los genes y otra información genética de una amplia gama de organismos pueden agregarse a un plásmido e insertarse en bacterias para su almacenamiento y modificación. Las bacterias son baratas, fáciles de cultivar, clonales , se multiplican rápidamente y pueden almacenarse a -80 ° C casi indefinidamente. Una vez que se aísla un gen, se puede almacenar dentro de la bacteria, proporcionando un suministro ilimitado para la investigación. Una gran cantidad de plásmidos personalizados hacen que la manipulación del ADN extraído de bacterias sea relativamente fácil.

Su facilidad de uso los ha convertido en excelentes herramientas para los científicos que buscan estudiar la función y la evolución de los genes . Los organismos modelo más simples provienen de bacterias, y la mayor parte de nuestra comprensión inicial de la biología molecular proviene del estudio de Escherichia coli . Los científicos pueden manipular y combinar fácilmente genes dentro de las bacterias para crear proteínas nuevas o alteradas y observar el efecto que esto tiene en varios sistemas moleculares. Los investigadores han combinado los genes de bacterias y arqueas , lo que ha permitido comprender cómo estos dos divergieron en el pasado. En el campo de la biología sintética , se han utilizado para probar varios enfoques sintéticos, desde sintetizar genomas hasta crear nuevos nucleótidos .

Las bacterias se han utilizado en la producción de alimentos durante mucho tiempo, y se han desarrollado y seleccionado cepas específicas para ese trabajo a escala industrial . Se pueden utilizar para producir enzimas , aminoácidos , aromatizantes y otros compuestos utilizados en la producción de alimentos. Con el advenimiento de la ingeniería genética, se pueden introducir fácilmente nuevos cambios genéticos en estas bacterias. La mayoría de las bacterias productoras de alimentos son bacterias del ácido láctico , y aquí es donde se ha dirigido la mayor parte de la investigación sobre bacterias productoras de alimentos mediante ingeniería genética. Las bacterias pueden modificarse para operar de manera más eficiente, reducir la producción de subproductos tóxicos, aumentar la producción, crear compuestos mejorados y eliminar vías innecesarias . Los productos alimenticios de bacterias genéticamente modificadas incluyen alfa-amilasa , que convierte el almidón en azúcares simples, quimosina , que coagula la proteína de la leche para hacer queso, y pectinesterasa , que mejora la claridad del jugo de frutas. La mayoría se produce 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.

Las bacterias genéticamente modificadas se utilizan para producir grandes cantidades de proteínas para uso industrial. Generalmente, las bacterias crecen hasta un gran volumen antes de que se active el gen que codifica la proteína. A continuación, se recolectan las bacterias y se purifica la proteína deseada a partir de ellas. El alto costo de extracción y purificación ha significado que solo se hayan producido productos de alto valor a escala industrial. La mayoría de estos productos son proteínas humanas para uso en medicina. Muchas de estas proteínas son imposibles o difíciles de obtener mediante métodos naturales y es menos probable que estén contaminadas con patógenos, lo que las hace más seguras. El primer uso medicinal de las bacterias transgénicas fue producir la proteína insulina para tratar la diabetes . Otros medicamentos producidos incluyen factores de coagulación para tratar la hemofilia , hormona del crecimiento humano para tratar diversas formas de enanismo , interferón para tratar algunos cánceres, eritropoyetina para pacientes anémicos y activador del plasminógeno tisular que disuelve los coágulos sanguíneos. Fuera de la medicina, se han utilizado para producir biocombustibles . Existe interés en desarrollar un sistema de expresión extracelular dentro de las bacterias para reducir costos y hacer que la producción de más productos sea económica.

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, por sí mismas, sean agentes terapéuticos. Las ideas incluyen alterar las bacterias intestinales para que destruyan las bacterias dañinas, o usar bacterias para reemplazar o aumentar las enzimas o proteínas deficientes . Uno de los objetivos de la investigación es modificar Lactobacillus , una bacteria que de forma natural proporciona cierta protección contra el VIH , con genes que mejorarán aún más esta protección. Si las bacterias no forman colonias dentro del paciente, la persona debe ingerir repetidamente las bacterias modificadas para obtener las dosis requeridas. Permitir que las bacterias formen una colonia podría proporcionar una solución a más largo plazo, pero también podría plantear problemas de seguridad, ya que las interacciones entre las bacterias y el cuerpo humano se comprenden menos que con los medicamentos tradicionales. Existe la preocupación de que la transferencia horizontal de genes a otras bacterias pueda tener efectos desconocidos. A partir de 2018, se están realizando ensayos clínicos que prueban la eficacia y seguridad de estos tratamientos.

Durante más de un siglo, las bacterias se han utilizado en la agricultura. Se han inoculado cultivos con Rhizobia (y más recientemente con Azospirillum ) para aumentar su producción o para permitir su cultivo fuera de su hábitat original . La aplicación de Bacillus thuringiensis (Bt) y otras bacterias puede ayudar a proteger los cultivos de la infestación de insectos y enfermedades de las plantas. Con los avances en la ingeniería genética, estas bacterias se han manipulado para aumentar la eficiencia y ampliar la gama de huéspedes. También se han agregado marcadores para ayudar a rastrear la propagación de la bacteria. Las bacterias que colonizan naturalmente ciertos cultivos también se han modificado, en algunos casos para expresar los genes Bt responsables de la resistencia a las plagas. Las cepas de bacterias Pseudomonas causan daño por heladas al nuclear el agua en cristales de hielo a su alrededor. Esto condujo al desarrollo de bacterias sin hielo , a las que se les eliminan los genes formadores de hielo. Cuando se aplican a los cultivos, pueden competir con las bacterias no modificadas y conferir cierta resistencia a las heladas.

Esta obra de arte está hecha con bacterias modificadas para expresar 8 colores diferentes de proteínas fluorescentes .

Otros usos de las bacterias modificadas genéticamente incluyen la biorremediación , donde las bacterias se utilizan para convertir los contaminantes en una forma menos tóxica. La ingeniería genética puede aumentar los niveles de las enzimas que se utilizan para degradar una toxina o hacer que las bacterias sean más estables en condiciones ambientales. Bioart también se ha creado utilizando bacterias modificadas genéticamente. 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 luego se expresó en Escherichia coli . Esto dio un paso más en 2012, cuando se codificó un libro completo en ADN. También se han realizado pinturas utilizando bacterias transformadas con proteínas fluorescentes.

Virus

Los virus a menudo se modifican para que puedan usarse como vectores para insertar información genética en otros organismos. Este proceso se llama transducción y, si tiene éxito, el receptor del ADN introducido se convierte en un OMG. Los diferentes virus tienen diferentes eficiencias y capacidades. Los investigadores pueden usar esto para controlar varios factores; incluida la ubicación de destino, el tamaño de la inserción y la duración de la expresión génica. Se deben eliminar todas las secuencias peligrosas inherentes al virus, mientras que se conservan las que permiten que el gen se entregue de forma eficaz.

Si bien 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 todavía se encuentra en las etapas de prueba, ha habido algunos éxitos en el uso de la terapia génica para reemplazar genes defectuosos. Esto es más evidente en la curación de pacientes con inmunodeficiencia combinada grave que surge de la deficiencia de adenosina desaminasa (ADA-SCID), aunque el desarrollo de leucemia en algunos pacientes con ADA-SCID junto con la muerte de Jesse Gelsinger en un ensayo de 1999 retrasó el desarrollo de esta enfermedad. enfoque durante muchos años. En 2009 se logró otro avance cuando un niño de ocho años con amaurosis congénita de Leber recuperó la vista normal y en 2016 GlaxoSmithKline obtuvo la aprobación para comercializar un tratamiento de terapia génica para ADA-SCID. A partir de 2018, hay una cantidad sustancial de ensayos clínicos en curso, que incluyen tratamientos para la hemofilia , el glioblastoma , la enfermedad granulomatosa crónica , la fibrosis quística y varios cánceres .

El virus más común utilizado para la administración de genes proviene de 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 inmunitarias en el huésped y solo proporcionan 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 aproximadamente 4 kb de ADN. Los virus del herpes simple son vectores prometedores, tienen una capacidad de carga de más de 30 kb y proporcionan expresión a largo plazo, aunque son menos eficientes en la entrega de genes que otros vectores. 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 a las células en división como a las que no se dividen, 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 .

La mayoría de las vacunas consisten en virus que han sido atenuados , desactivados, debilitados o eliminados de alguna manera, de modo que sus propiedades virulentas ya no son efectivas. Teóricamente, la ingeniería genética podría usarse para crear virus con los genes virulentos eliminados. Esto no afecta la infectividad del virus , invoca una respuesta inmune natural y no hay posibilidad de que recuperen su función de virulencia, lo que puede ocurrir con algunas otras vacunas. Como tales, generalmente se consideran más seguras y más eficientes que las vacunas convencionales, aunque persisten las preocupaciones sobre la infección no objetivo, los posibles efectos secundarios y la transferencia horizontal de genes a otros virus. Otro enfoque potencial es utilizar vectores para crear nuevas vacunas para enfermedades que no tienen vacunas disponibles o las vacunas que no funcionan eficazmente, como el SIDA , la malaria y la tuberculosis . La vacuna más eficaz contra la tuberculosis, la vacuna Bacillus Calmette-Guérin (BCG) , solo proporciona una protección parcial. Una vacuna modificada que expresa un antígeno de M. tuberculosis puede mejorar la protección BCG. Se ha demostrado que su uso es seguro en los ensayos de fase II , aunque no tan eficaz como se esperaba inicialmente. Ya se han aprobado otras vacunas basadas en vectores y se están desarrollando muchas más.

Otro uso potencial de los virus modificados genéticamente es alterarlos para que puedan tratar directamente enfermedades. Esto puede ser mediante la expresión de proteínas protectoras o dirigiéndose directamente a las células infectadas. En 2004, los investigadores informaron que un virus modificado genéticamente que explota el comportamiento egoísta de las células cancerosas podría ofrecer una forma alternativa de matar tumores. Desde entonces, varios investigadores han desarrollado virus oncolíticos modificados genéticamente que parecen prometedores como tratamientos para varios tipos de cáncer . En 2017, los investigadores modificaron genéticamente un virus para expresar proteínas de defensina 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.

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 que sobreviven se vuelven resistentes, lo que lleva a los investigadores a buscar métodos alternativos. En el laboratorio se han creado virus genéticamente modificados que hacen infértiles a los animales objetivo mediante inmunocontracepción , así como otros que se dirigen a la etapa de desarrollo del animal. Existe preocupación con el uso de este enfoque con respecto a la contención de virus y la infección entre especies. A veces, el mismo virus puede modificarse con fines contrastantes. Se ha propuesto la modificación genética del virus del mixoma para conservar los conejos salvajes europeos en la península ibérica y ayudar a regularlos en Australia. Para proteger a la especie ibérica de enfermedades virales, se modificó genéticamente el virus del mixoma para inmunizar a los conejos, mientras que en Australia se modificó genéticamente el mismo virus del mixoma para reducir la fertilidad en la población de conejos australianos.

Fuera 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 expresar proteínas modificadas en su superficie y unirlas en patrones específicos (una técnica llamada presentación 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, incluidos puntos cuánticos , cristales líquidos , nanorings y nanofibras . La batería se fabricó mediante ingeniería de bacterias M13 para que se cubrieran con 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 que la energía se transfiriera rápidamente. Podrían construirse a temperaturas más bajas con productos químicos no tóxicos, haciéndolos más ecológicos.

Hongos

Los hongos se pueden utilizar para muchos de los mismos procesos que las bacterias. Para aplicaciones industriales, las levaduras combinan las ventajas bacterianas de ser un organismo unicelular que es fácil de manipular y cultivar con las modificaciones proteicas avanzadas que se encuentran en los eucariotas . Se pueden utilizar para producir grandes moléculas complejas para su uso en alimentos, productos farmacéuticos, hormonas y esteroides. La levadura es importante para la producción de vino y, a partir de 2016, se comercializaron en Estados Unidos y Canadá dos levaduras modificadas genéticamente involucradas en la fermentación del vino. Uno ha aumentado la eficiencia de la fermentación maloláctica , mientras que el otro previene la producción de compuestos de carbamato de etilo peligrosos durante la fermentación. También ha habido avances en la producción de biocombustible a partir de hongos modificados genéticamente.

Los hongos, que son los patógenos más comunes de los insectos, son bioplaguicidas atractivos . A diferencia de las bacterias y los virus, tienen la ventaja de infectar a los insectos solo por contacto, aunque no compiten en eficiencia con los pesticidas químicos . La ingeniería genética puede mejorar la virulencia, generalmente agregando proteínas más virulentas, aumentando la tasa de infección o mejorando la persistencia de las esporas . 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 una variedad de enfermedades mortales, como la malaria , la fiebre amarilla y el dengue . Los mosquitos pueden evolucionar rápidamente, por lo que matarlos se convierte en un acto de equilibrio antes de que el Plasmodium que portan se convierta en la enfermedad infecciosa, pero no tan rápido como para que se vuelvan resistentes a los hongos. Mediante la ingeniería genética de hongos como Metarhizium anisopliae y Beauveria bassiana para retrasar el desarrollo de la infecciosidad por mosquitos, se reduce la presión de selección para desarrollar resistencia. Otra estrategia es agregar proteínas a los hongos que bloquean la transmisión de la malaria o eliminar el Plasmodium por completo.

Un hongo ha sido modificado genéticamente para resistir el pardeamiento, lo que le da una vida útil más larga . El proceso utilizó CRISPR para anular un gen que codifica la polifenol oxidasa . Como no introdujo ningún ADN extraño en el organismo, no se consideró que estuviera regulado por los marcos de OMG existentes y, como tal, es el primer organismo editado por CRISPR en ser aprobado para su lanzamiento. Esto ha intensificado los debates sobre si los organismos editados genéticamente deberían considerarse organismos modificados genéticamente y cómo deberían regularse.

Plantas

Cultivo de tejido utilizado para regenerar Arabidopsis thaliana

Las plantas se han diseñado para la investigación científica, para mostrar nuevos colores de flores, administrar vacunas y crear cultivos mejorados. Muchas plantas son pluripotentes , lo que significa que una sola célula de una planta madura se puede cosechar y, en las condiciones adecuadas, se puede convertir en una nueva planta. Los ingenieros genéticos pueden aprovechar esta capacidad; Al seleccionar las células que se han transformado con éxito en una planta adulta, se puede cultivar una nueva planta que contenga el transgén en cada célula a través de un proceso conocido como cultivo de tejidos .

Gran parte de los avances en el campo de la ingeniería genética provienen de la experimentación con el tabaco . Los principales avances en el cultivo de tejidos y los mecanismos celulares vegetales para una amplia gama de plantas se han originado a partir de sistemas desarrollados en el tabaco. Fue la primera planta que se modificó mediante ingeniería genética y se considera un organismo modelo no solo para la ingeniería genética, sino para una variedad de otros campos. Como tal, las herramientas y procedimientos transgénicos están bien establecidos, lo que hace que el tabaco sea una de las plantas más fáciles de transformar. Otro organismo modelo importante relevante para la ingeniería genética es Arabidopsis thaliana . Su pequeño genoma y su corto ciclo de vida lo hacen fácil de manipular y contiene muchos homólogos de importantes especies de cultivos. 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 .

En la investigación, las plantas están diseñadas para ayudar a descubrir las funciones de ciertos genes. La forma más sencilla de hacer esto es eliminar el gen y ver qué fenotipo se desarrolla en comparación con la forma de tipo salvaje . Cualquier diferencia posiblemente sea el resultado del gen faltante. A diferencia de la mutagénesis , la ingeniería genética permite la eliminación dirigida sin alterar otros genes del organismo. Algunos genes solo se expresan en ciertos tejidos, por lo que los genes informadores, como GUS , se pueden unir al gen de interés, lo que permite visualizar la ubicación. Otras formas de probar un gen es alterarlo ligeramente y luego devolverlo a la planta y ver si todavía tiene el mismo efecto en el fenotipo. Otras estrategias incluyen unir el gen a un promotor fuerte y ver qué sucede cuando se sobreexpresa, lo que obliga a que un gen se exprese en una ubicación diferente o en diferentes etapas de desarrollo .

Rosa "azul" de Suntory

Algunas plantas modificadas genéticamente son puramente ornamentales . Están modificados para el color de la flor, la fragancia, la forma de la flor y la arquitectura de la planta. Las primeras plantas ornamentales modificadas genéticamente comercializaron el color alterado. Los claveles se lanzaron en 1997, con el organismo modificado genéticamente más popular, una rosa azul (en realidad lavanda o malva ) creada en 2004. Las rosas se venden en Japón, Estados Unidos y Canadá. Otras plantas ornamentales modificadas genéticamente incluyen el crisantemo y la petunia . Además de incrementar el valor estético, se prevé desarrollar plantas ornamentales que utilicen menos agua o sean resistentes al frío, lo que permitiría su cultivo fuera de su entorno natural.

Se ha propuesto modificar genéticamente algunas especies de plantas en peligro de extinción para que sean resistentes a plantas invasoras y enfermedades, como el barrenador esmeralda del fresno en América del Norte y la enfermedad fúngica Ceratocystis platani en los plátanos europeos . El virus de la mancha anular de la papaya devastó los árboles de papaya en Hawai en el siglo XX hasta que a las plantas de papaya transgénicas se les dio resistencia derivada de patógenos. Sin embargo, la modificación genética para la conservación de las plantas sigue siendo principalmente especulativa. Una preocupación única es que es posible que una especie transgénica ya no se parezca lo suficiente a la especie original como para afirmar verdaderamente que la especie original se está conservando. En cambio, las especies transgénicas pueden ser genéticamente lo suficientemente diferentes como para ser consideradas una nueva especie, disminuyendo así el valor de conservación de la modificación genética.

Cultivos

Maní de tipo silvestre ( arriba ) y maní transgénico con el gen de Bacillus thuringiensis agregado ( abajo ) expuestos a la larva del barrenador del tallo del maíz .

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 determinadas plagas, enfermedades, condiciones ambientales, deterioro o tratamientos químicos (por ejemplo, resistencia a un herbicida ). La segunda generación de cultivos tenía como objetivo mejorar la calidad, a menudo alterando el perfil de nutrientes . Los cultivos modificados genéticamente de tercera generación podrían utilizarse para fines no alimentarios, incluida la producción de agentes farmacéuticos , biocombustibles y otros bienes de utilidad industrial, así como para la biorremediación .

Kenianos examinan maíz transgénico Bacillus thuringiensis (Bt) resistente a insectos

Hay tres objetivos principales para el avance agrícola; aumento de la producción, mejores condiciones para los trabajadores agrícolas y sostenibilidad . Los cultivos transgénicos contribuyen mejorando las cosechas reduciendo la presión de los insectos, aumentando el valor de los nutrientes y tolerando diferentes tipos de estrés abiótico . 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 herbicidas o resistencia a insectos. La soja representó la mitad de todos los cultivos modificados genéticamente plantados en 2014. 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. Geográficamente, aunque la distribución ha sido desigual, con un fuerte crecimiento en América y partes de Asia y poco en Europa y África. Su distribución socioeconómica ha sido más uniforme, con aproximadamente el 54% de los cultivos transgénicos en todo el mundo cultivados en países en desarrollo en 2013. Aunque se han planteado dudas, la mayoría de los estudios han encontrado que el cultivo de cultivos transgénicos es beneficioso para los agricultores a través de la disminución del uso de pesticidas y el aumento de cultivos. rendimiento y beneficio agrícola.

La mayoría de los cultivos transgénicos se han modificado para que sean resistentes a herbicidas seleccionados, generalmente uno a base de glifosato o glufosinato . Los cultivos genéticamente modificados diseñados para resistir herbicidas ahora están más disponibles que las variedades resistentes mejoradas convencionalmente; en los Estados Unidos, el 93% de la soja y la mayor parte del maíz transgénico cultivado es tolerante al glifosato. La mayoría de los genes actualmente disponibles que se utilizan para diseñar la resistencia de los insectos provienen de la bacteria Bacillus thuringiensis y codifican endotoxinas delta . Algunos usan los genes que codifican proteínas insecticidas vegetativas . El único gen utilizado comercialmente para proporcionar protección contra insectos que no se origina en B. thuringiensis es el inhibidor de tripsina de caupí (CpTI). El CpTI se aprobó por primera vez para su uso en algodón en 1999 y actualmente se está sometiendo a pruebas en el arroz. Menos del uno por ciento de los cultivos transgénicos contenían otras características, que incluyen proporcionar resistencia a los virus, retrasar la senescencia y alterar la composición de las plantas.

Arroz dorado comparado con arroz blanco

El arroz dorado es el cultivo transgénico más conocido que tiene como objetivo aumentar el valor de los nutrientes. Ha sido diseñado con tres genes que biosintetizan el betacaroteno , un precursor de la vitamina A , en las partes comestibles del arroz. Está destinado a producir un alimento enriquecido para ser cultivado y consumido en áreas con escasez de vitamina A en la dieta , una deficiencia que se estima que cada año mata a 670.000 niños menores de 5 años y causa 500.000 casos adicionales de ceguera infantil irreversible. El arroz dorado original produjo 1,6 μg / g de carotenoides , y el desarrollo posterior aumentó 23 veces. Obtuvo sus primeras aprobaciones para su uso como alimento en 2018.

Las plantas y las células vegetales se han modificado genéticamente para la producción de biofarmacéuticos en biorreactores , un proceso conocido como pharming . Se ha trabajado con lenteja de agua Lemna minor , el alga Chlamydomonas reinhardtii y el musgo Physcomitrella patens . Los biofarmacéuticos producidos incluyen citocinas , hormonas , anticuerpos , enzimas y vacunas, la mayoría de los cuales se acumulan en las semillas de las plantas. Muchos medicamentos también contienen ingredientes vegetales naturales y las vías que conducen a su producción se han alterado genéticamente o se han transferido a otras especies de plantas para producir un mayor volumen. Otras opciones de biorreactores son los biopolímeros y los biocombustibles . A diferencia de las bacterias, las plantas pueden modificar las proteínas de forma postraduccional , lo que les permite producir moléculas más complejas. También presentan menos riesgo de contaminarse. Se han cultivado productos terapéuticos en células transgénicas de zanahoria y tabaco, incluido un tratamiento farmacológico para la enfermedad de Gaucher .

La producción y el almacenamiento de vacunas tienen un gran potencial en plantas transgénicas. Las vacunas son caras de producir, transportar y administrar, por lo que tener un sistema que pudiera producirlas localmente permitiría un mayor acceso a las áreas más pobres y en desarrollo. Además de purificar vacunas expresadas en plantas, también es posible producir vacunas comestibles en plantas. Las vacunas comestibles estimulan el sistema inmunológico cuando se ingieren para protegerlo contra ciertas enfermedades. El almacenamiento en plantas reduce el costo a largo plazo, ya que pueden diseminarse sin necesidad de almacenamiento en frío, no necesitan purificarse y tienen estabilidad a largo plazo. Además, estar alojado dentro de las 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 mayoría de los desarrollos actuales de vacunas a base de plantas se apliquen a la medicina veterinaria , donde los controles no son tan estrictos.

Se han propuesto cultivos genéticamente modificados como una de las formas de reducir las emisiones de CO2 relacionadas con la agricultura debido a un mayor rendimiento, menor uso de pesticidas, menor uso de combustible de tractor y 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% de las emisiones totales relacionadas con la agricultura.

Animales

La gran mayoría de los animales modificados genéticamente se encuentran en la etapa de investigación y el número cercano a ingresar al mercado sigue siendo pequeño. A partir de 2018, solo se han aprobado tres animales genéticamente modificados, todos en los EE. UU. Se han diseñado una cabra y un pollo para producir medicamentos y un salmón ha aumentado su propio crecimiento. A pesar de las diferencias y dificultades para modificarlos, los objetivos finales son muy similares a los de las plantas. Los animales modificados genéticamente 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 modificadas genéticamente.

Mamíferos

Algunas quimeras , como el ratón manchado que se muestra, se crean mediante técnicas de modificación genética como la selección de genes .

El proceso de ingeniería genética de mamíferos es lento, tedioso y caro. Sin embargo, las nuevas tecnologías están haciendo que las modificaciones genéticas sean más fáciles y precisas. Los primeros mamíferos transgénicos se produjeron inyectando ADN viral en embriones y luego implantando los embriones en hembras. El embrión se desarrollaría y se esperaría que parte del material genético se incorporara a las células reproductoras. Luego, los investigadores tendrían que esperar hasta que el animal alcanzara la edad de reproducción y luego se examinaría la descendencia para detectar la presencia del gen en cada célula. El desarrollo del sistema de edición de genes CRISPR-Cas9 como una forma barata y rápida de modificar directamente las células germinales , reduciendo efectivamente a la mitad el tiempo necesario para desarrollar mamíferos genéticamente modificados.

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

Es más probable que las proteínas humanas expresadas en mamíferos sean similares a sus contrapartes 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 medicamento ATryn es un anticoagulante que reduce la probabilidad de que se formen coágulos de sangre durante la cirugía o el parto y se extrae de la leche de cabra. La alfa-1-antitripsina humana es otra proteína que se ha producido a partir de cabras y se utiliza para tratar a los seres humanos con esta deficiencia. Otro ámbito medicinal es la creación de cerdos con mayor capacidad para trasplantes de órganos humanos ( xenotrasplantes ). Los cerdos han sido modificados genéticamente para que sus órganos ya no puedan portar retrovirus o tengan modificaciones para reducir la posibilidad de rechazo. Se está considerando el trasplante a humanos de pulmones de cerdo de cerdos modificados genéticamente. Incluso existe la posibilidad de crear cerdos quiméricos que puedan transportar órganos humanos.

El ganado se modifica con la intención de mejorar características 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 diseñados para crecer más rápido, estar más sanos y resistir enfermedades. Las modificaciones también han mejorado la producción de lana de las ovejas y la salud de las ubres de las vacas. Las cabras han sido modificadas genéticamente para producir leche con fuertes proteínas de seda parecidas a una telaraña en su leche. Se creó un cerdo transgénico llamado Enviropig con la capacidad de digerir el fósforo vegetal de manera más eficiente que los cerdos convencionales. Podrían reducir la contaminación del agua ya que excretan de un 30 a un 70% menos de fósforo en el estiércol. Las vacas lecheras han sido modificadas genéticamente para producir leche que sería igual a la leche materna humana. Esto podría beneficiar potencialmente a las madres que no pueden producir leche materna pero quieren que sus hijos tomen leche materna en lugar de fórmula. Los investigadores también han desarrollado una vaca modificada genéticamente que produce leche libre de alergias.

Ratones que expresan la proteína verde fluorescente.

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

Ha habido sugerencias de que la ingeniería genética podría usarse para traer animales de la extinción . Implica cambiar el genoma de un pariente vivo cercano para que se parezca al extinto y actualmente se está intentando con la paloma migratoria . Los genes asociados con el mamut lanudo se han agregado al genoma de un elefante africano , aunque el investigador principal dice que no tiene la intención de crear elefantes vivos y transferir todos los genes y revertir años de evolución genética está lejos de ser factible. Es más probable que los científicos puedan usar 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 luchando.

Humanos

La terapia génica utiliza virus modificados genéticamente para administrar genes que pueden curar enfermedades en los seres 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 y la amaurosis congénita de Leber . También se están desarrollando tratamientos para una variedad de otras enfermedades actualmente incurables, como la fibrosis quística , la anemia de células falciformes , la enfermedad de Parkinson , el cáncer , la diabetes , las enfermedades cardíacas y la distrofia muscular . Estos tratamientos solo afectan a las células somáticas , lo que significa que los cambios no serían heredables. La terapia génica de la línea germinal da como resultado que cualquier cambio sea heredable, lo que ha suscitado preocupaciones dentro de la comunidad científica.

En 2015, CRISPR se utilizó para editar el ADN de embriones humanos no viables . En noviembre de 2018, He Jiankui anunció que había editado los genomas de dos embriones humanos, en un intento de desactivar el gen CCR5 , que codifica un receptor que el VIH usa para ingresar a las células. Dijo que las gemelas, Lulu y Nana , habían nacido unas semanas antes y que llevaban copias funcionales de CCR5 junto con CCR5 discapacitado ( mosaicismo ) y aún eran vulnerables al VIH. El trabajo fue ampliamente condenado como poco ético, peligroso y prematuro.

Pez

Cuando se expuso a agua a 13 ° C, el pez cebra modificado para expresar una creatina quinasa de carpa ( derecha ) mantuvo el comportamiento de natación, mientras que el pez cebra de tipo salvaje ( izquierda ) no pudo.

Los peces genéticamente modificados se utilizan para la investigación científica, como mascotas y como fuente de alimento. La acuicultura es una industria en crecimiento, que actualmente proporciona más de la mitad del pescado consumido en todo el mundo. A través de la ingeniería genética es posible aumentar las tasas de crecimiento, reducir la ingesta de alimentos, eliminar las propiedades alergénicas, aumentar la tolerancia al frío y proporcionar resistencia a las enfermedades. Los peces también se pueden utilizar para detectar contaminación acuática o funcionar como biorreactores.

Varios grupos han estado desarrollando peces cebra para detectar la contaminación uniendo proteínas fluorescentes a genes activados por la presencia de contaminantes. El pez entonces brillará y podrá usarse como sensores ambientales. El GloFish es una marca de pez cebra fluorescente genéticamente modificado con colores fluorescentes rojo, verde y naranja brillantes. Originalmente fue desarrollado por uno de los grupos para detectar la contaminación, pero ahora forma parte del comercio de peces ornamentales, convirtiéndose en el primer animal modificado genéticamente en estar disponible públicamente como mascota cuando en 2003 se introdujo a la venta en los EE. UU.

Los peces transgénicos se utilizan ampliamente en la investigación básica en genética y desarrollo. Dos especies de peces, el pez cebra y el medaka , se modifican con mayor frecuencia porque tienen coriones ópticamente transparentes (membranas en el huevo), se desarrollan rápidamente y el embrión unicelular es fácil de ver y microinyectar con ADN transgénico. Los peces cebra son organismos modelo para procesos de desarrollo, regeneración , genética, comportamiento, mecanismos de enfermedades y pruebas de toxicidad. Su transparencia permite a los investigadores observar las etapas de desarrollo, las funciones intestinales y el crecimiento tumoral. La generación de protocolos transgénicos (organismos completos, células o tejidos específicos, marcados con genes informadores) ha aumentado el nivel de información obtenida mediante el estudio de estos peces.

Los peces transgénicos se han desarrollado con promotores que impulsan una sobreproducción de hormona del crecimiento para su uso en la industria de la acuicultura para aumentar la velocidad de desarrollo y reducir potencialmente la presión pesquera sobre las poblaciones silvestres. Esto ha resultado en una mejora dramática del crecimiento en varias especies, incluidos el salmón , la trucha y la tilapia . AquaBounty Technologies , una empresa de biotecnología, ha producido un salmón (llamado salmón AquAdvantage ) que puede madurar en la mitad del tiempo que el salmón salvaje. Obtuvo la aprobación regulatoria en 2015, el primer alimento transgénico no vegetal que se comercializará. En agosto de 2017, el salmón transgénico se vende en Canadá. Las ventas en los EE. UU. Comenzaron en mayo de 2021.

Insectos

La sobreexpresión de la proteína de unión a metil-CpG 2 en Drosophila altera la capacidad de trepar ( derecha ) en comparación con el grupo de control ( izquierda ).

En la investigación biológica, las moscas de la fruta transgénicas ( Drosophila melanogaster ) son organismos modelo que se utilizan para estudiar los efectos de los cambios genéticos en el desarrollo. Las moscas de la fruta a menudo se prefieren a otros animales debido a su corto ciclo de vida y su bajo mantenimiento. También tienen un genoma relativamente simple en comparación con muchos vertebrados , con solo una copia de cada gen, lo que facilita el análisis fenotípico . Drosophila se ha utilizado para estudiar la genética y la herencia, el desarrollo embrionario, el aprendizaje, el comportamiento y el envejecimiento. El descubrimiento de transposones , en particular el elemento p , en Drosophila proporcionó un método temprano para agregar transgenes a su genoma, aunque esto ha sido asumido por técnicas de edición de genes más modernas.

Debido a su importancia para la salud humana, los científicos están buscando formas de controlar a los mosquitos mediante la ingeniería genética. Los mosquitos resistentes a la malaria se han desarrollado en el laboratorio insertando un gen que reduce el desarrollo del parásito de la malaria y luego usando endonucleasas autodirigidas para propagar rápidamente ese gen por toda la población masculina (conocido como impulso genético ). Este enfoque se ha llevado más allá al utilizar el impulso genético para propagar un gen letal. En los ensayos, las poblaciones de mosquitos Aedes aegypti , el portador más importante de la fiebre del dengue y el virus del Zika, se redujeron entre un 80% y un 90%. Otro enfoque es utilizar una técnica de insectos estériles , mediante la cual los machos modificados genéticamente para ser estériles superan a los machos viables competidores, para reducir la población.

Otras plagas de insectos que son objetivos atractivos son las polillas . Las polillas Diamondback causan daños de 4 a 5 mil millones de dólares cada año en todo el mundo. El enfoque es similar a la técnica estéril probada en mosquitos, donde los machos se transforman con un gen que evita que las hembras nazcan alcancen la madurez. Se sometieron a pruebas de campo en 2017. Previamente se han liberado polillas modificadas genéticamente en pruebas de campo. En este caso, una cepa de gusano rosado que se esterilizó con radiación fue modificada genéticamente para expresar una proteína roja fluorescente, lo que facilita a los investigadores su seguimiento.

El gusano de seda, la etapa larvaria de Bombyx mori , es un insecto de importancia económica en la sericultura . Los científicos están desarrollando estrategias para mejorar la calidad y cantidad de la seda. También existe la posibilidad de utilizar la maquinaria de producción de seda para producir otras proteínas valiosas. Las proteínas actualmente desarrolladas para ser expresadas por gusanos de seda incluyen; albúmina de suero humano , cadena α de colágeno humano , anticuerpo monoclonal de ratón y N-glicanasa . Se han creado gusanos de seda que producen seda de araña , una seda más fuerte pero extremadamente difícil de cosechar, e incluso sedas novedosas.

Otro

Rana que expresa proteína verde fluorescente

Se han desarrollado sistemas para crear organismos transgénicos en una amplia variedad de otros animales. Los pollos han sido modificados genéticamente para una variedad de propósitos. Esto incluye estudiar el desarrollo embrionario , prevenir la transmisión de la gripe aviar y proporcionar conocimientos evolutivos mediante la ingeniería inversa para recrear fenotipos similares a los de los dinosaurios. Un pollo transgénico que produce el fármaco Kanuma , una enzima que trata una enfermedad rara, en su huevo pasó la aprobación regulatoria de EE. UU. En 2015. Las ranas genéticamente modificadas, en particular Xenopus laevis y Xenopus tropicalis , se utilizan en la investigación de biología del desarrollo . Las ranas transgénicas también se pueden utilizar como sensores de contaminación, especialmente para los químicos disruptores endocrinos . Hay propuestas para utilizar la ingeniería genética para controlar los sapos de caña en Australia .

El nematodo Caenorhabditis elegans es uno de los principales organismos modelo para la investigación de la biología molecular . La interferencia de ARN (ARNi) se descubrió en C. elegans y podría inducirse simplemente alimentándoles con bacterias modificadas para expresar ARN bicatenario . También es relativamente fácil producir nematodos transgénicos estables y esto, junto con el ARNi, son las principales herramientas utilizadas en el estudio de sus genes. El uso más común de nematodos transgénicos ha sido el estudio de la expresión y localización de genes mediante la unión de genes informadores. Los transgenes también se pueden combinar con técnicas de ARNi para rescatar fenotipos, estudiar la función de los genes, visualizar el desarrollo celular en tiempo real o controlar la expresión de diferentes tejidos o etapas de desarrollo. Los nematodos transgénicos se han utilizado para estudiar virus, toxicología, enfermedades y para detectar contaminantes ambientales.

Hidra transgénica que expresa proteína fluorescente verde

El gen responsable del albinismo en los pepinos de mar se ha encontrado y utilizado para diseñar pepinos de mar blancos , un manjar raro. La tecnología también abre el camino para investigar los genes responsables de algunos de los rasgos más inusuales de los pepinos, como hibernar en verano, eviscerar sus intestinos y disolver sus cuerpos al morir. Los gusanos planos tienen la capacidad de regenerarse a partir de una sola célula. Hasta 2017 no había una forma efectiva de transformarlos, lo que obstaculizó la investigación. Mediante el uso de microinyecciones y radiación, los científicos han creado los primeros gusanos planos modificados genéticamente. El gusano de cerdas , un anélido marino , ha sido modificado. Es de interés por estar sincronizado su ciclo reproductivo con las fases lunares, capacidad de regeneración y lento ritmo de evolución. Los cnidarios como Hydra y la anémona de mar Nematostella vectensis son organismos modelo atractivos para estudiar la evolución de la inmunidad y ciertos procesos de desarrollo. Otros animales que han sido modificados genéticamente incluyen caracoles , geckos , tortugas , cangrejos de río , ostras , camarones , almejas , abulones y esponjas .

Regulación

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 relativo a la ingeniería genética comenzó en 1975, en Asilomar , California. La reunión de Asilomar recomendó un conjunto de pautas con respecto al uso cauteloso de la tecnología recombinante y cualquier producto resultante de esa tecnología. El Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad fue adoptado el 29 de enero de 2000 y entró en vigor el 11 de septiembre de 2003. Es un tratado internacional que rige la transferencia, manipulación y uso de organismos genéticamente modificados. Ciento cincuenta y siete países son miembros del Protocolo y muchos lo utilizan como punto de referencia para sus propios reglamentos.

Las universidades y los institutos de investigación generalmente tienen un comité especial que es responsable de aprobar cualquier experimento que involucre ingeniería genética. Muchos experimentos también necesitan el permiso de un grupo regulador o legislación nacional. Todo el personal debe estar capacitado en el uso de OGM y todos los laboratorios deben obtener la aprobación de su agencia reguladora para trabajar con OGM. La legislación que cubre los OGM a menudo se deriva de las regulaciones y pautas vigentes para la versión del organismo sin OGM, aunque son más severas. 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 las 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 caer un laboratorio, que van desde el nivel 1 (que es adecuado para trabajar con agentes no asociados con enfermedades) al nivel 4 (trabajar con agentes potencialmente mortales). Los diferentes países utilizan una nomenclatura diferente para describir los niveles y pueden tener diferentes requisitos para lo que se puede hacer en cada nivel.

Una etiqueta que indique que esta mantequilla de maní no es transgénica
Detalle de una caja de queso francés que declara producción "libre de OMG" (es decir, por debajo del 0,9%)

Existen diferencias en la regulación para la liberación de OGM entre países, y algunas de las diferencias más marcadas ocurren entre los EE. UU. Y Europa. La regulación varía en un país dado dependiendo del uso previsto de los productos de la ingeniería genética. Por ejemplo, las autoridades responsables de la inocuidad de los alimentos generalmente no revisan un cultivo que no está destinado al uso alimentario. Algunas naciones han prohibido la liberación de OGM o restringido su uso, y otras las permiten con grados de regulación muy diferentes. En 2016, treinta y ocho países prohibieron o prohibieron oficialmente el cultivo de OMG y nueve (Argelia, Bután, Kenia, Kirguistán, Madagascar, Perú, Rusia, Venezuela y Zimbabwe) prohibieron su importación. La mayoría de los países que no permiten el cultivo de OMG permiten la investigación con OMG. A pesar de la regulación, a veces se han producido liberaciones ilegales debido a la debilidad de la aplicación.

La Unión Europea (UE) diferencia entre la aprobación para el cultivo dentro de la UE y la aprobación para la importación y el procesamiento. Si bien solo unos pocos OGM han sido aprobados para su cultivo en la UE, varios OGM han sido aprobados para su importación y procesamiento. El cultivo de OMG ha provocado un debate sobre el mercado de OMG en Europa. Dependiendo de las regulaciones de coexistencia, los incentivos para el cultivo de cultivos transgénicos difieren. La política de Estados Unidos no se centra en el proceso tanto como otros países, analiza los riesgos científicos verificables y utiliza el concepto de equivalencia sustancial . Se debate si los organismos modificados genéticamente deberían regularse de la misma manera que los organismos modificados genéticamente. La normativa estadounidense los considera separados y no los regula en las mismas condiciones, mientras que en Europa un OMG es cualquier organismo creado mediante técnicas de ingeniería genética.

Una de las cuestiones clave que conciernen a los reguladores es si los productos modificados genéticamente deben etiquetarse. La Comisión Europea dice que el etiquetado y la trazabilidad obligatorios son necesarios para permitir una elección informada, evitar la publicidad falsa potencial y facilitar la retirada de productos si se descubren efectos adversos para la salud o el medio ambiente. La Asociación Médica Estadounidense y la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia dicen que la ausencia 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 se requiere en 64 países. El etiquetado puede ser obligatorio hasta un nivel umbral de contenido de transgénicos (que varía entre países) o voluntario. En Canadá y los EE. UU., El etiquetado de los alimentos transgénicos es voluntario, mientras que en Europa todos los alimentos (incluidos los alimentos procesados ) o piensos que contienen más del 0,9% de los OGM aprobados deben estar etiquetados. En 2014, las ventas de productos que habían sido etiquetados como no transgénicos crecieron un 30 por ciento a $ 1.1 mil millones.

Controversia

Existe controversia sobre los OMG, especialmente con respecto 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 involucran 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 y protestas, y a una regulación restrictiva de los productos comerciales en algunos países. La mayoría de las preocupaciones giran en torno a los efectos sobre la salud y el medio ambiente de los OMG. Estos incluyen si pueden provocar una reacción alérgica , si los transgenes podrían transferirse a las células humanas y si los genes no aprobados para el consumo humano podrían cruzarse en el suministro de alimentos .

Un manifestante que aboga por el etiquetado de los transgénicos

Existe un consenso científico de que los alimentos actualmente disponibles derivados de cultivos transgénicos no representan un riesgo mayor para la salud humana que los alimentos convencionales, pero que cada alimento transgénico debe probarse caso por caso antes de su introducción. No obstante, los miembros del público tienen muchas menos probabilidades que los científicos de percibir los alimentos transgénicos como seguros. El estatus legal y regulatorio de los alimentos transgénicos varía según el país; algunas naciones los prohíben o restringen y otros los permiten con grados de regulación muy diferentes.

Todavía en la década de 1990 se pensaba que el flujo de genes hacia las poblaciones silvestres era poco probable y poco común, y que si ocurría, se podía erradicar fácilmente. Se pensó que esto no agregaría costos o riesgos ambientales adicionales; no se esperaban efectos distintos de los ya causados ​​por las aplicaciones de plaguicidas. Sin embargo, en las décadas posteriores, se han observado varios ejemplos de este tipo. El flujo de genes entre cultivos transgénicos y plantas compatibles, junto con un mayor uso de herbicidas de amplio espectro , puede aumentar el riesgo de poblaciones de malezas resistentes a los herbicidas. El debate sobre el alcance y las consecuencias del flujo de genes se intensificó en 2001 cuando se publicó un artículo que mostraba que se habían encontrado transgenes en el maíz autóctono en México, el centro de diversidad del cultivo . Se ha descubierto que el flujo de genes de los cultivos transgénicos a otros organismos es generalmente más bajo de lo que ocurriría naturalmente. 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 la alimentación son hembras, triploides , el 99% son reproductivamente estériles y se crían en áreas donde el salmón escapado no podría sobrevivir. Las bacterias también se han modificado para depender de nutrientes que no se pueden encontrar en la naturaleza, y se ha desarrollado una tecnología de restricción de uso genético , aunque aún no comercializada, que hace que la segunda generación de plantas transgénicas sea estéril.

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. 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. Se descubrió que la resistencia evolucionaba lentamente cuando se seguían las estrategias de mejores prácticas. El impacto de los cultivos Bt en organismos benéficos no objetivo se convirtió en un problema público después de que un artículo de 1999 sugiriera que podrían ser tóxicos para las mariposas monarca . Desde entonces, los estudios de seguimiento han demostrado que los niveles de toxicidad encontrados en el campo no eran lo suficientemente altos como para dañar a las larvas.

Las acusaciones de que los científicos están " jugando a ser Dios " y otras cuestiones religiosas se han atribuido a la tecnología desde el principio. Con la capacidad de diseñar genéticamente humanos ahora es posible, existen preocupaciones éticas sobre hasta dónde debe llegar esta tecnología, o si debe usarse en absoluto. Gran parte del debate gira en torno a dónde está la línea divisoria entre tratamiento y mejora y si las modificaciones deben ser heredables. Otras preocupaciones incluyen la contaminación del suministro de alimentos no modificados genéticamente, el rigor del proceso regulatorio, la consolidación del control del suministro de alimentos en las empresas que fabrican y venden OGM, la exageración de los beneficios de la modificación genética o la preocupación por el uso de herbicidas. con glifosato . Otras cuestiones planteadas incluyen el patentamiento de la vida y el uso de los derechos de propiedad intelectual.

Existen grandes diferencias en la aceptación de los transgénicos por parte de los consumidores, y los europeos son más propensos a ver los alimentos transgénicos negativamente que los norteamericanos. Los transgénicos llegaron a la escena cuando la confianza del público en la seguridad alimentaria, atribuida a recientes temores alimentarios como la encefalopatía espongiforme bovina y otros escándalos relacionados con la regulación gubernamental de productos en Europa, era baja. Esto, junto con las campañas llevadas a cabo por varias organizaciones no gubernamentales (ONG), han tenido mucho éxito en bloquear o limitar el uso de cultivos transgénicos. ONG como la Asociación de Consumidores Orgánicos , la Unión de Científicos Preocupados , Greenpeace y otros grupos han dicho que los riesgos no se han identificado y gestionado adecuadamente y que hay preguntas sin respuesta sobre el impacto potencial a largo plazo en la salud humana de los alimentos derivados de OGM. Proponen un etiquetado obligatorio o una moratoria sobre dichos productos.

Referencias

enlaces externos