¿Qué son los transgénicos y cómo se fabrican?

¿Qué es un OGM?

OGM es la abreviatura de "organismo genéticamente modificado". La modificación genética existe desde hace décadas y es la forma más efectiva y rápida de crear una planta o un animal con un rasgo o característica específica. Permite cambios específicos precisos en la secuencia de ADN. Debido a que el ADN comprende esencialmente el plan para todo el organismo, los cambios en el ADN cambian las funciones del organismo.

Realmente no hay otra manera de hacer esto excepto mediante el uso de las técnicas desarrolladas en los últimos 40 años para manipular directamente el ADN.

¿Cómo se modifica genéticamente un organismo? En realidad, esta es una pregunta bastante amplia. Un organismo puede ser una planta, un animal, un hongo o una bacteria y todos estos pueden ser, y han sido, diseñados genéticamente durante casi 40 años. Los primeros organismos genéticamente modificados fueron bacterias a principios de los años setenta. Desde entonces, las bacterias modificadas genéticamente se han convertido en el caballo de batalla de cientos de miles de laboratorios que realizan modificaciones genéticas tanto en plantas como en animales. La mayor parte de la modificación genética básica y las modificaciones se diseñan y preparan utilizando bacterias, principalmente algunas variaciones de E. coli, y luego se transfieren a los organismos diana.

El enfoque general para alterar genéticamente plantas, animales o microbios es conceptualmente muy similar. Sin embargo, existen algunas diferencias en las técnicas específicas debido a las diferencias generales entre las células vegetales y animales.

Por ejemplo, las células vegetales tienen paredes celulares y las células animales no.

Razones para modificaciones genéticas de plantas y animales

Los animales modificados genéticamente se realizan principalmente con fines de investigación, a menudo como sistemas biológicos modelo utilizados para el desarrollo de fármacos. Se han desarrollado algunos animales modificados genéticamente para otros fines comerciales, como peces fluorescentes como mascotas y mosquitos modificados genéticamente para ayudar a controlar los mosquitos portadores de enfermedades.

Sin embargo, estas son aplicaciones relativamente limitadas fuera de la investigación biológica básica. Hasta el momento, no se han aprobado animales modificados genéticamente como fuente de alimento. Pronto, sin embargo, eso puede cambiar con el AquaAdvantage Salmon que está haciendo su camino a través del proceso de aprobación.

Con las plantas, sin embargo, la situación es diferente. Si bien muchas plantas se modifican para la investigación, el objetivo de la mayoría de las modificaciones genéticas de los cultivos es crear una cepa vegetal que sea comercial o socialmente beneficiosa. Por ejemplo, los rendimientos pueden aumentar si las plantas se diseñan con una resistencia mejorada a una plaga causante de enfermedades como Rainbow Papaya, o la capacidad de crecer en una región inhóspita, tal vez más fría. La fruta que permanece madura por más tiempo, como Endless Summer Tomatoes, proporciona más tiempo para el tiempo de almacenamiento después de la cosecha para su uso. Además, también se han hecho rasgos que mejoran el valor nutricional, como el arroz dorado diseñado para ser rico en vitamina A, o la utilidad de la fruta, como las manzanas árticas que no se oscurecen.

Esencialmente, cualquier rasgo que pueda manifestarse con la adición o inhibición de un gen específico, puede ser introducido. Los rasgos que requieren múltiples genes también podrían ser gestionados, pero esto requiere un proceso más complicado que aún no se ha logrado con los cultivos comerciales.

¿Qué es un gen?

Antes de explicar cómo se ponen nuevos genes en los organismos, es importante entender qué es un gen. Como muchos probablemente saben, los genes están hechos de ADN, que se compone en parte de cuatro bases que comúnmente se mencionan como simplemente A, T, C, G. El orden lineal de estas bases en una fila en una cadena de ADN de un gen puede considerarse como un código para una proteína específica, al igual que las letras en una línea de texto codifican una oración.

Las proteínas son moléculas biológicas grandes hechas de aminoácidos unidos entre sí en varias combinaciones. Cuando la combinación correcta de aminoácidos se une, la cadena de aminoácidos se pliega en una proteína con una forma específica y las características químicas correctas juntas para permitirle realizar una función o reacción particular. Los seres vivos están compuestos principalmente de proteínas. Algunas proteínas son enzimas que catalizan reacciones químicas; otros transportan material a las células y algunos actúan como interruptores que activan o desactivan otras proteínas o cascadas de proteínas.

Entonces, cuando se introduce un nuevo gen, le da a la célula la secuencia de código para permitirle hacer una nueva proteína.

¿Cómo las células organizan sus genes?

En plantas y células animales, casi todo el ADN se ordena en varias hebras largas que se enrollan en cromosomas. Los genes son en realidad solo pequeñas secciones de la larga secuencia de ADN que compone un cromosoma. Cada vez que una célula se replica, todos los cromosomas se replican primero. Este es el conjunto central de instrucciones para la célula, y cada célula de progenie obtiene una copia. Entonces, para introducir un nuevo gen que permita que la célula produzca una nueva proteína que confiera un rasgo particular, uno simplemente necesita REPLACEar un poco de ADN en una de las hebras largas del cromosoma. Una vez REPLACEado, el ADN pasará a cualquier célula hija cuando se repliquen como todos los otros genes.

De hecho, ciertos tipos de ADN se pueden mantener en células separadas de los cromosomas y se pueden introducir genes usando estas estructuras para que no se integren en el ADN cromosómico. Sin embargo, con este enfoque, dado que el ADN cromosómico de la célula está alterado, generalmente no se mantiene en todas las células después de varias repeticiones. Para la modificación genética permanente y heredable, como los procesos utilizados para la ingeniería de cultivos, se utilizan modificaciones cromosómicas.

¿Cómo se REPLACEa un nuevo gen?

La ingeniería genética simplemente se refiere a REPLACEar una nueva secuencia de base de ADN (generalmente correspondiente a un gen completo) en el ADN cromosómico del organismo. Esto puede parecer conceptualmente simple, pero técnicamente, se vuelve un poco más complicado. Hay muchos detalles técnicos involucrados en obtener la secuencia correcta de ADN con las señales correctas en el cromosoma en el contexto correcto que permite a las células reconocer que es un gen y usarlo para crear una nueva proteína.

Hay cuatro elementos clave que son comunes a casi todos los procedimientos de ingeniería genética:

1. Primero, necesitas un gen. Esto significa que necesita la molécula física de ADN con las secuencias de bases particulares. Tradicionalmente, estas secuencias se obtuvieron directamente de un organismo usando cualquiera de varias técnicas laboriosas. Hoy en día, en lugar de extraer ADN de un organismo, los científicos típicamente solo sintetizan a partir de los productos químicos básicos A, T, C y G. Una vez obtenida, la secuencia puede REPLACEarse en un fragmento de ADN bacteriano que es como un pequeño cromosoma (un plásmido) y, dado que las bacterias se replican rápidamente, se puede generar la mayor cantidad posible de genes.
2. Una vez que tienes el gen, necesitas colocarlo en un filamento de ADN rodeado de la secuencia de ADN que lo rodea para permitir que la célula lo reconozca y lo exprese. Principalmente, esto significa que necesita una pequeña secuencia de ADN llamada promotor que le indica a la célula que exprese el gen.
3. Además del gen principal que se va a REPLACEar, a menudo se necesita un segundo gen para proporcionar un marcador o selección. Este segundo gen es esencialmente una herramienta utilizada para identificar las células que contienen el gen.
4. Finalmente, es necesario tener un método para administrar el nuevo ADN (es decir, promotor, nuevo gen y marcador de selección) en las células del organismo. hay muchas maneras de hacer esto. Para las plantas, mi favorito es el enfoque de pistola génica que utiliza un rifle modificado 22 para disparar partículas de oro o tungsteno recubiertas de ADN en las células.

Con las células animales, hay una serie de reactivos de transfección que recubren o complejan el ADN y le permiten pasar a través de las membranas celulares. También es común que el ADN se empalme junto con ADN viral modificado que puede usarse como un vector gen para transportar el gen a las células. El ADN viral modificado se puede encapsular con proteínas virales normales para crear un pseudovirus que puede infectar células e REPLACEar el ADN que porta el gen, pero no replicarse para crear un nuevo virus.

Para muchas plantas dicotiledóneas, el gen se puede colocar en una variante modificada del transportador de ADN-T de la bacteria Agrobacterium tumefaciens. Hay algunos otros enfoques también. Sin embargo, con la mayoría, solo un pequeño número de células elige la selección de genes de las células modificadas como una parte crítica de este proceso. Esta es la razón por la cual típicamente es necesario un gen de selección o marcador.

Pero, ¿cómo se hace un ratón o tomate genéticamente diseñado?

Un OMG es un organismo con millones de células y la técnica anterior solo describe realmente cómo generar genéticamente células individuales. Sin embargo, el proceso para generar un organismo completo implica esencialmente el uso de estas técnicas de ingeniería genética en células germinales (es decir, espermatozoides y óvulos). Una vez que se REPLACEa el gen clave, el resto del proceso utiliza básicamente técnicas de reproducción genética para producir plantas o animales que contienen el nuevo gen en todas las células de su cuerpo. La ingeniería genética se acaba de hacer a las células. Biología hace el resto.