Modificación genética: definición, tipos, proceso, ejemplos

A gene, desde un punto de vista bioquímico básico, es un segmento de ácido desoxirribonucleico (ADN) dentro de cada célula de un organismo que lleva el código genético para ensamblar un producto proteico en particular. En un nivel más funcional y dinámico, los genes determinan qué organismos (animales, plantas, hongos e incluso bacterias) son y en qué están destinados a convertirse.

Si bien el comportamiento de los genes está influenciado por factores ambientales (por ejemplo, nutrición) e incluso por otros genes, la composición de su material genético dicta de manera abrumadora casi todo sobre usted, visible e invisible, desde el tamaño de su cuerpo hasta su respuesta a los invasores microbianos, alérgenos y otros agentes externos.

La capacidad de cambiar, modificar o diseñar genes de formas específicas introduciría, por tanto, la opción de poder crear organismos exquisitamente hechos a medida, incluidos los humanos, utilizando combinaciones dadas de ADN que se sabe que contienen ciertos genes.

El proceso de alteración de un organismo genotipo (en términos generales, la suma de sus genes individuales) y, por lo tanto, su "modelo" genético se conoce como modificación genética. También llamado Ingeniería genética, este tipo de maniobras bioquímicas ha pasado del ámbito de la ciencia ficción a la realidad en las últimas décadas.

Los desarrollos asociados se han transportado tanto con entusiasmo ante la perspectiva de mejorar la salud humana y la calidad de vida como con una serie de cuestiones éticas espinosas e inevitables en varios frentes.

Modificación genética es cualquier proceso mediante el cual los genes se manipulan, modifican, eliminan o ajustan con el fin de amplificar, cambiar o ajustar una determinada característica de un organismo. Es la manipulación de rasgos a nivel de raíz absoluta o celular.

Considere la diferencia entre peinar su cabello rutinariamente de cierta manera y realmente poder controlar el color, la longitud y la arreglo general (por ejemplo, liso versus rizado) sin usar ningún producto para el cuidado del cabello, en lugar de confiar en dar componentes invisibles de su instrucciones corporales sobre cómo lograr y asegurar un resultado cosmético deseado, y usted tendrá una idea de lo que es la modificación genética acerca de.

Debido a que todos los organismos vivos contienen ADN, la ingeniería genética se puede realizar en todos y cada uno de los organismos, desde las bacterias hasta las plantas y los seres humanos.

Al leer esto, el campo de la ingeniería genética está floreciendo con nuevas posibilidades y prácticas en las áreas de agricultura, medicina, manufactura y otras áreas.

Es importante comprender la diferencia entre cambiar literalmente genes y comportarse de una manera que se aproveche de un gen existente.

Muchos genes no operan independientemente del entorno en el que vive el organismo padre. Hábitos dietéticos, tipos de estrés de varios tipos (por ejemplo, enfermedades crónicas, que pueden tener o no una base genética propia) y otras cosas. Los organismos a los que se enfrentan habitualmente pueden afectar la expresión génica, o el nivel al que se utilizan los genes para fabricar los productos proteicos para los que código.

Si vienes de una familia de personas genéticamente inclinadas a ser más altas y más pesadas que el promedio, y aspiras a una carrera atlética en un deporte que favorece fuerza y ​​tamaño como el baloncesto o el hockey, puede levantar pesas y comer una gran cantidad de comida para maximizar sus posibilidades de ser tan grande y fuerte como posible.

Pero esto es diferente a poder insertar nuevos genes en su ADN que virtualmente garantizan una nivel predecible de crecimiento muscular y óseo y, en última instancia, un ser humano con todos los rasgos típicos de un estrella deportiva.

Existen muchos tipos de técnicas de ingeniería genética y no todas requieren la manipulación de material genético utilizando sofisticados equipos de laboratorio.

De hecho, cualquier proceso que implique la manipulación activa y sistemática de la reserva genética, o la suma de los genes en cualquier población que se reproduce por reproducción (es decir, sexualmente), califica como ingeniería genética. Algunos de estos procesos, por supuesto, están a la vanguardia de la tecnología.

Seleccion artificial: También llamada selección simple o reproducción selectiva, la selección artificial es la elección de organismos parentales con un genotipo conocido para producir descendencia en cantidades que no ocurrirían si la naturaleza fuera la única ingeniera, o como mínimo solo ocurriría durante un tiempo mucho mayor escamas.

Cuando los granjeros o criadores de perros seleccionan qué plantas o animales criar para asegurar la descendencia con ciertos características que los humanos encuentran deseables por alguna razón, están practicando una forma cotidiana de genética modificación.

Mutagénesis inducida: Este es el uso de rayos X o productos químicos para inducir mutaciones (cambios no planificados, a menudo espontáneos en el ADN) en genes específicos o secuencias de ADN de bacterias. Puede resultar en el descubrimiento de variantes genéticas que funcionan mejor (o si es necesario, peor) que el gen "normal". Este proceso puede ayudar a crear nuevas "líneas" de organismos.

Las mutaciones, aunque a menudo son dañinas, también son la fuente fundamental de variabilidad genética en la vida en la Tierra. Como resultado, inducirlos en grandes cantidades, aunque es seguro que creará poblaciones de organismos menos aptos, también aumenta la probabilidad de una mutación beneficiosa, que luego se puede explotar para fines humanos utilizando técnicas.

Vectores virales o plasmídicos: Los científicos pueden introducir un gen en un fago (un virus que infecta bacterias o sus parientes procariotas, las Archaea) o un plásmido vector, y luego coloque el plásmido o fago modificado en otras células para introducir el nuevo gen en esas células.

Las aplicaciones de estos procesos incluyen aumentar la resistencia a las enfermedades, superar la resistencia a los antibióticos. y mejorar la capacidad de un organismo para resistir estresores ambientales como temperaturas extremas y toxinas. Alternativamente, el uso de tales vectores puede amplificar una característica existente en lugar de crear una nueva.

Utilizando la tecnología de fitomejoramiento, se puede "ordenar" a una planta que florezca con más frecuencia, o se puede inducir a las bacterias a producir una proteína o sustancia química que normalmente no harían.

Vectores retrovirales: Aquí, porciones de ADN que contienen ciertos genes se colocan en estos tipos especiales de virus, que luego transportan el material genético a las células de otro organismo. Este material se incorpora al genoma del huésped para que puedan expresarse junto con el resto del ADN en ese organismo.

En términos sencillos, esto implica cortar una hebra de ADN del huésped utilizando enzimas especiales, insertando el nuevo gen en el espacio creado por el corte y unir el ADN en ambos extremos del gen al huésped ADN.

Tecnología "Knock in, knock out": Como sugiere su nombre, este tipo de tecnología permite la eliminación total o parcial de ciertas secciones de ADN o ciertos genes ("knock out"). De manera similar, los ingenieros humanos detrás de esta forma de modificación genética pueden elegir cuándo y cómo activar ("golpear") una nueva sección de ADN o un nuevo gen.

Inyección de genes en organismos nacientes: La inyección de genes o vectores que contienen genes en huevos (ovocitos) puede incorporar los nuevos genes en el genoma del embrión en desarrollo, que por lo tanto se expresan en el organismo que eventualmente resultados.

Clonación de genes es un ejemplo del uso de vectores plasmídicos. Los plásmidos, que son piezas circulares de ADN, se extraen de una célula bacteriana o de levadura. Enzimas de restricción, que son proteínas que "cortan" el ADN en lugares específicos a lo largo de la molécula, se utilizan para cortar el ADN, creando una hebra lineal a partir de la molécula circular. Luego, el ADN del gen deseado se "pega" en el plásmido, que se introduce en otras células.

Finalmente, esas células comienzan a leer y codificar el gen que se agregó artificialmente al plásmido.

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La clonación de genes incluye cuatro pasos básicos. En el siguiente ejemplo, su objetivo es producir una cepa de MI. coli bacterias que brillan en la oscuridad. (Por lo general, por supuesto, estas bacterias no poseen esta propiedad; si lo hicieran, lugares como los sistemas de alcantarillado del mundo y muchas de sus vías fluviales naturales tomarían un carácter claramente diferente, como MI. coli son frecuentes en el tracto gastrointestinal humano).

1. Aislar el ADN deseado. Primero, debe encontrar o crear un gen que codifique una proteína con la propiedad requerida, en este caso, brillando en la oscuridad. Algunas medusas producen estas proteínas y se ha identificado el gen responsable. Este gen se llama ADN objetivo. Al mismo tiempo, debe determinar qué plásmido utilizará; este es el vector de ADN.

2. Escindir el ADN usando enzimas de restricción. Estas proteínas antes mencionadas, también llamadas endonucleasas de restricción, son abundantes en el mundo bacteriano. En este paso, usa la misma endonucleasa para cortar tanto el ADN objetivo como el ADN del vector.

Algunas de estas enzimas cortan directamente a través de ambas cadenas de la molécula de ADN, mientras que en otros casos hacen un corte "escalonado", dejando expuestos pequeños tramos de ADN monocatenario. Estos últimos se llaman extremos pegajosos.

3. Combine el ADN diana y el ADN del vector. Ahora junta los dos tipos de ADN junto con una enzima llamada ADN ligasa, que funciona como un elaborado tipo de pegamento. Esta enzima invierte el trabajo de las endonucleasas al unir los extremos de las moléculas. El resultado es un quimera, o una hebra de ADN recombinante.

• La insulina humana, entre muchas otras sustancias químicas vitales, se puede fabricar mediante tecnología recombinante.

4. Introduzca el ADN recombinante en la célula huésped. Ahora, tiene el gen que necesita y un medio para llevarlo a donde pertenece. Hay varias formas de hacer esto, entre ellas transformación, en el que las llamadas células competentes barren el nuevo ADN, y electroporación, en el que se utiliza un pulso de electricidad para romper brevemente la membrana celular y permitir que la molécula de ADN ingrese a la célula.

Seleccion artificial: Los criadores de perros pueden seleccionar diferentes rasgos, en particular el color del pelaje. Si un criador determinado de perros perdigueros de Labrador ve un aumento en la demanda de un color determinado de la raza, puede criar sistemáticamente para el color en cuestión.

Terapia de genes: En alguien con un gen defectuoso, se puede introducir una copia del gen de trabajo en las células de esa persona para que la proteína requerida se pueda producir utilizando ADN extraño.

Los cultivos transgénicos: Los métodos de agricultura de modificación genética se pueden utilizar para crear cultivos genéticamente modificados (GM), como plantas resistentes a herbicidas, cultivos que producen más frutos. en comparación con el fitomejoramiento convencional, plantas transgénicas que son resistentes al frío, cultivos con un rendimiento de cosecha general mejorado, alimentos con un valor nutricional más alto, etc. en.

En términos más generales, en el siglo XXI, los organismos genéticamente modificados (OGM) se han convertido en un tema candente en Los mercados europeos y estadounidenses debido a preocupaciones tanto de seguridad alimentaria como de ética empresarial en torno a la modificación genética. de cultivos.

Animales genéticamente modificados: Un ejemplo de alimentos transgénicos en el mundo del ganado es la cría de pollos que crecen más y más rápidamente para producir más carne de pechuga. Las prácticas de tecnología de ADN recombinante como estas generan preocupaciones éticas debido al dolor y la incomodidad que pueden causar a los animales.

Edición de genes: Un ejemplo de edición de genes, o edición del genoma, es CRISPR, o repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas. Este proceso se "toma prestado" de un método utilizado por las bacterias para defenderse de los virus. Implica la modificación genética altamente dirigida de diferentes partes del genoma objetivo.

En CRISPR, guiar el ácido ribonucleico (ARNg), una molécula con la misma secuencia que el sitio objetivo en el genoma, se combina en la célula huésped con una endonucleasa llamada Cas9. El gRNA se unirá al sitio de ADN objetivo, arrastrando a Cas9 junto con él. Esta edición del genoma puede resultar en la "desactivación" de un gen malo (como una variante implicada en causar cáncer) y en algunos casos permitir que el gen malo sea reemplazado por una variante deseable.