Editando el genoma en especies ganaderas

28 de Noviembre 2016
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Aunque los animales y plantas transgénicas han existido por más de 3 décadas, en tan solo los 10 últimos años han sido desarrollados nuevos métodos de producción para modificaciones del genoma.
 
Estas técnicas hacen uso del sistema de reparación del ADN de un organismo que existe dentro de las células y que no incorpora ADN de otras fuentes en el genoma.
 
Por lo tanto, éstas son comúnmente referidas como técnicas de edición de genoma, reflejando los cambios sutiles que causan en el genoma. La edición del genoma ha sido exitosamente lograda tanto en plantas como en animales, aunque no existe ningún ganado cuyo genoma haya sido editado que esté aprobado para consumo humano. (Lea: Columna: Puntería Genética
 
Sin embargo, si los consumidores y productores nunca van a aprovechar los beneficios del ganado con genoma editado, los científicos necesitan hacer más para explicar el proceso usado para desarrollar estos animales, para asegurar así al público sobre su seguridad y sus ventajas. 
Edición del genoma: Definiciones y técnicas
La ingeniería genética, o la alteración del código genético de un organismo al agregar ADN de otro organismo, data de mediados de los años 1970. Los investigadores determinaron que un ADN exógeno podía ser incorporado en los cromosomas de los mamíferos cuando se inyectaban dentro de los núcleos de las células. Esta incorporación del ADN ocurre a través de una recombinación homóloga, o cuando los filamentos de ADN que son similares (homólogos) naturalmente intercambian información genética.
 
Para insertan un nuevo gen en un organismo, los genes de interés son incorporados dentro de un plásmido o circular pedazo de ADN, y luego introducidos en las células. El ADN plásmido es incorporado dentro del genoma de la célula. Luego, esta célula es usada para clonar nuevos organismos. Este método de crear organismos genéticamente modificados dio lugar a los muchos modelos de enfermedades humanas y nuevos modelos para uso en laboratorio.
 
Sin embargo, en los últimos cinco años, nuevos métodos de alterar los genes de organismos, llamados “edición de genoma”, han sido desarrollados. Estos métodos son más precisos y no se apoyan en la introducción de ADN exógeno y su incorporación por recombinación homóloga en células. En vez de esto, éstos métodos se apoyan en un proceso celular diferente llamado “reparación de rompimiento de ADN de doble filamento”. (Lea: El toro que con 16 mil crías transformó la industria lechera mundial)
 
Los rompimientos de ADN de doble filamento pueden ocurrir durante la vida normal de las células, por lo que las células tienen sistemas para reparar estos rompimientos. Estos sistemas incluyen recombinaciones homólogas, similar a la vía descrita anteriormente, y otro sistema llamado unión no homóloga de extremos (NHEJ, por sus siglas en inglés). En el NHEJ, los extremos de ADN son recortados o estirados para crear extensiones para unir los filamentos de ADN.
 
A diferencia de la recombinación homóloga, la cual hace uso de un “filamento modelo” para dirigir la reparación, NHEJ es, por su propia naturaleza, propenso a errores. Con frecuencia durante NHEJ, pequeñas inserciones y eliminaciones son introducidas dentro del ADN. Aunque esto usualmente no causa problemas, cuando esto ocurre en una cierta parte dentro del gen, puede resultar en una mutación que cambia la abundancia o función de la proteína resultante. Con frecuencia, las mutaciones dentro del gen pueden rendir la proteína resultante ausente creando un “noqueo” genético. Adicionalmente, cuando pequeños pedazos de ADN son introducidos junto con un rompimiento de doble filamento, con frecuencia son usados en reparaciones de recombinación homóloga.
 
Entonces, el ADN nuevo puede ser incorporado usando estas tecnologías, pero las tecnologías no dependen de ADN exógeno. La clave para editar el genoma, por lo tanto, es dirigir el rompimiento del doble finalmente al ligar deseado en el genoma para interrumpir un gen de interés. 
Los métodos de edición del genoma
Los tres métodos actuales para editar el genoma -nucleasa con dedo de zinc (ZFN, por sus siglas en inglés), nucleasas generadoras de efectos tipo activación (TALENs) y las repeticiones palindrómicas aglomeradas regularmente de inter espacios cortos/Sistema Cas (CRISPR)- usan todos medios ligeramente diferentes de dirigir su nucleasa adherida a sitios particulares en el genoma. (Columna: Los genes de la belleza)
 
Tanto ZFN como TALENs hacen uso de las proteínas objetivo que se ligan al ADN en lugares específicos, mientras CRISPR/Cas usa un ADN guía para lograr la misma meta. Una vez que el ligar correcto en el genoma ha sido localizado, una endonucleasa, o proteína capaz de cortar el ADN, hace el rompimiento del doble filamento. Cuanto el rompimiento es reparado, ocurre una pequeña mutación.
 
Las células tratadas con estas técnicas de edición del genoma son entonces evaluadas para identificar qué mutaciones han ocurrido. Las células dentro de las mutaciones deseadas son usadas en la clonación para hacer que los animales carguen estas mutaciones.
 
Debido al uso de los cambios muy sutiles, algunas veces solo un puñado de pares de base ocurren con la edición del genoma y el uso de la propia maquinaria de la célula para ayudar a crea estas mutaciones, la apariencia de estas mutaciones imita la apariencia de las mutaciones de crianza selectiva.
 
Con frecuencia, los rasgos preciados durante la crianza selectiva (la selección de animales machos y hembras), como mejorar la calidad de la carne o acelerar el crecimiento, son los resultados de mutaciones pequeñas que ocurren naturalmente. Al nivel de ADN, realmente no hay diferencia entre mutaciones introducidas por el genoma editado y aquellas de la crianza selectiva. (Lea: Análisis genómico, herramienta contra la mastitis bovina)
Estado regulatorio del ganado genéticamente modificado
La reciente aprobación por parte de la Administración de Alimento y Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés) de Estados Unidos de un nuevo y genéticamente modificado salmón del Atlántico ha aumentado las probabilidades de que otros ganados genéticamente modificados y con ventajas comerciales sean traídos al mercado. Durante el proceso de aprobación del salmón de casi 20 años, había poco incentivo para otros de desarrollar nuevas modificaciones genéticas en ganado.
 
Ahora, con el auge de la edición del genoma, en el cual no se agrega ADN exógeno al genoma, los reguladores enfrentan otro reto: No es claro cómo es mejor clasificar los cultivos de genoma editado y potencialmente el ganado. Debido a la falta de ADN exógeno, el USDA ha recientemente dictado que los cultivos con genoma editado, tales como los champiñones con un gen modificado de polifenol oxidasa que se tornan color café más lentamente que los champiñones no editados, no requieren supervisión del USDA (Waltz, 2016).
 
Recientemente, con genoma editado, cerdos resistentes al virus porcino respiratorio y reproductivo (PRRS; Whitworth et al., 2016) y la fiebre porcina africana (Lillico et al., 2013) han sido desarrollados, y otras modificaciones para para la resistencia de enfermedades están planeadas. No está claro si el ganado con modificaciones de genoma editado será revisado de manera similar a aquellas modificaciones en plantas. Sin embargo, dado que el ganado con genoma editado no contiene ADN exógeno, no son “transgénicos” en naturaleza, y en ligar de eso se asemejan al ganado que pudiera tener mutaciones como resultado de la crianza selectiva.
 
Por ejemplo, el ganado de doble musculatura, apreciado por su acelerado crecimiento e incremento en el rendimiento de carne, posee mutaciones dentro del gen de miostatina y ha existido por cientos de años. Los cerdos con genoma editado de miostatina tienen una mutación similar en la miostatina; de hecho, carecen solo un par de base en el gen de miostatina. 
Conclusión
En resumen, las técnicas de edición de genoma tienen el potencial de acelerar el paso de mejoramientos genéticos en las especies de ganados, y resulta en modificaciones tanto más precisas como más sutiles que con las técnicas tradicionales.
 
A pesar de la aparición de varios nuevos animales con modificación del genoma para investigación científica, hasta el día de hoy, ninguna especie de ganado con genoma modificado ha sido aprobado para uso comercial. La impresión sobre los consumidores y los reguladores de que la edición del genoma es un método preciso y controlado para mejorar las especies de ganado resultando en animales que poseen mutaciones similares a las de la crianza selectiva, será un paso importante hacia adelante para el uso de esos animales en el futuro.
 
Escrito por: Anna C. Dilger, University of Illinois
Literatura citada
Lillico, S. G., C. Proudfoot, D. F. Carlson, D. Stverakova, C. Neil, C. Blain, T. J. King, W. A. Ritchie, W. Tan, A. J. Mileham, D. G. McLaren, S. C. Fahrenkrug, and C. B. A. Whitelaw. 2013. Live pigs produced from genome edited zygotes. Scientific Reports 3: 2847.
Waltz, E. 2016. Gene-edited CRISPR mushroom escapes US regulation. Nature News 532: 293.
Whitworth, K. M., R. R. R. Rowland, C. L. Ewen, B. R. Trible, M. A. Kerrigan, A. G. Cino-Ozuna, M. S. Samuel, J. E. Lightner, D. G. McLaren, A. J. Mileham, K. D. Wells, and R. S. Prather. 2016. Gene-edited pigs are protected from porcine reproductive and respiratory syndrome virus. Nat Biotech 34: 20-22.