El término modificaciones genéticas se refiere tanto a cambios naturales como a cambios provocados por ingeniería genética en el ADN. Las mutaciones incidentales o naturales ocurren a través de errores durante la replicación y la reparación, ya sea de manera espontánea o debido a factores estresantes ambientales. Las modificaciones intencionales se realizan en un laboratorio con diversos fines, como el desarrollo de semillas y plantas más resistentes y, cada vez más, para tratar enfermedades humanas. El uso de la tecnología de edición genética sigue siendo controvertido.
Las modificaciones son cambios en el ADN de un individuo debido a una mutación incidental o una modificación genética intencional mediante diversas biotecnologías. [1] Aunque existe confusión entre los términos "modificación" y "mutación", ya que a menudo se usan indistintamente, la modificación se diferencia de la mutación porque actúa como un término general que abarca tanto las definiciones de mutación como de ingeniería genética. [1] Ambas subcategorizaciones dan como resultado un cambio que afecta las características observables de un organismo, también conocidas como su fenotipo , causado por alteraciones en el genotipo de un organismo o sus alelos específicos, lo que resulta en una expresión genética alterada. [2] Aunque la heredabilidad juega un papel importante en la expresión de un individuo, como en los casos de modificaciones epigenéticas , no todos los casos de modificación son hereditarios. Sin importar el origen de dicha variación a nivel genético, claramente impacta en la creación e interacción de proteínas, cambiando la función celular, el fenotipo y la función del organismo. [3]
Las modificaciones genéticas pueden ocurrir de manera natural, a través de las mutaciones antes mencionadas en el genoma de un organismo, o a través de métodos biotecnológicos de selección de un gen de interés para manipularlo con el fin de crear algo nuevo o mejorar lo que ya existe. [1] Esta distinción entre los cambios que ocurren de manera natural y los que son intencionales es clave para entender la diferencia entre mutación e ingeniería genética. [1]
Una mutación puede definirse con mayor precisión como cualquier cambio no combinatorio en el fenotipo que pueda heredarse consistentemente de padres a hijos a lo largo de generaciones. [1] Las mutaciones pueden atribuirse a muchos factores y presentarse en numerosas formas diferentes, sin embargo, en su mayoría pueden atribuirse a errores que ocurren durante la replicación del ADN o la exposición a factores externos. [4] Como los procesos celulares son altamente eficientes, no son perfectos, lo que causa disparidades entre organismos de la misma especie. [4] Estas disparidades pueden causar muchos efectos fenotípicos diferentes de todas las intensidades, que van desde ningún impacto observable hasta una posible inviabilidad. [4] Debido a las condiciones ambientales como el clima, la dieta, los niveles de oxígeno, los ciclos de luz y los mutágenos o químicos que están fuertemente relacionados con la susceptibilidad a las enfermedades, la expresión de los genes puede variar. [5] [6] El momento y la duración de la exposición a dichos elementos es un factor crítico, ya que puede afectar significativamente la respuesta fenotípica de un organismo, generalmente aumentando la gravedad con el tiempo. [7]
Métodos:
Existen varios métodos o formas de mutación , entre las que se incluyen la mutación espontánea, los errores durante la replicación y la reparación, así como la mutación debida a efectos ambientales. [8] Estos orígenes de mutaciones pueden causar muchos tipos diferentes de mutaciones que influyen en la expresión genética tanto a gran como a pequeña escala. [8]
La ingeniería genética es un tipo de modificación genética intencional, que utiliza la biotecnología para alterar el genoma de un organismo. [ cita requerida ] Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), los organismos genéticamente modificados se definen como "organismos (es decir, plantas, animales o microorganismos) en los que el material genético (ADN) ha sido alterado de una manera que no ocurre naturalmente por apareamiento y/o recombinación natural". [9] Este tipo de modificación puede implicar inserciones o eliminaciones de bases de ADN en el código genético existente. [10] En la metodología biotecnológica, se utilizan una serie de cuatro pasos para crear un organismo genéticamente modificado (OGM). [11]
Métodos:
Los métodos CRISPR son un tipo de proceso de edición genómica de uso popular. [12] La edición genética CRISPR, que significa "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats", permite a los científicos alterar manualmente la expresión genética, corrigiendo errores o creando nuevas variaciones. [12] Desde 2012, los científicos han trabajado para desarrollar esta tecnología que tiene la oportunidad de curar enfermedades genéticas y modificar genéticamente los rasgos para que sean más deseables, alterando deliberadamente el ADN con un alto grado de precisión. [13]
El diente de león : La mayoría de los dientes de león tienen tallos largos, pero un aumento en las amenazas potenciales en su entorno ha provocado que la longitud promedio del tallo del diente de león disminuya dentro de ciertas especies, lo que les permite evitar mejor dichas amenazas. [14] Esta adaptación fue posible debido a una mutación que ocurrió en un individuo de tallo más corto que fue seleccionado por presiones ambientales. [15] Debido a que los dientes de león de tallo más corto tenían una mayor aptitud que los dientes de león de tallo largo y pudieron sobrevivir con más frecuencia, la frecuencia genética de la población se alteró, se modificó genéticamente a través de la ocurrencia original de una mutación. [15]
Enfermedad de células falciformes : En un individuo sano, el gen HBB es responsable de codificar la hemoglobina que transporta oxígeno por todo el cuerpo. [16] Sin embargo, cuando una persona tiene esta enfermedad debido a que hereda dos copias mutadas del gen HBB debido a una mutación puntual de un par de bases, sus glóbulos rojos tienen una forma diferente. [16] Esta forma alterada da como resultado bloqueos del flujo sanguíneo con graves implicaciones para la salud. [16] Por otro lado, aquellos que heredan solo una copia mutada de este gen tienen una mayor protección contra la malaria . [17]
Enfermedad de Alzheimer : En un ejemplo sintético en un laboratorio, los científicos aislaron el gen de la proteína precursora amiloide (APP), conocido por causar Alzheimer en humanos, y lo transfirieron a las células nerviosas de los gusanos. [10] Al hacer esto, los científicos apuntaron a estudiar la progresión de la enfermedad de Alzheimer en este organismo simple al etiquetar la proteína APP con proteína fluorescente verde que les permitió visualizar mejor el gen a medida que el gusano envejecía. [10] Usando lo que aprendieron de la experimentación con el gusano simple y el gen APP, los científicos aumentaron su comprensión del papel de este gen en causar la enfermedad de Alzheimer en humanos. [10]
Insulina : El primer uso de bacterias modificadas genéticamente fue para la insulina médica que los diabéticos necesitan para controlar médicamente su nivel de azúcar en sangre. [18] A través de los siguientes pasos, los científicos pueden diseñar genéticamente un producto médico del que dependen millones de personas en todo el mundo: [10]
Los rápidos avances en la tecnología de edición genética CRISPR-Cas9 han aumentado tanto las preocupaciones como la relevancia de esta controversia ética a medida que se ha vuelto más popular su uso. [19] [20] La comunidad científica recomienda una evaluación continua de los riesgos y beneficios de utilizar organismos genéticamente modificados en la vida cotidiana. [21] Los investigadores estudian las modificaciones genéticas en condiciones controladas después de que se insertan en un organismo, lo que permite una mejor comprensión científica de los efectos de ciertas modificaciones genéticas y ciertas respuestas del organismo.
En abril de 2015, se utilizó tecnología de edición genética en embriones humanos y desde entonces persiste el debate sobre la ética de tales acciones. [22] No obstante, los científicos y los responsables de las políticas están de acuerdo en que las deliberaciones públicas deben decidir la legalidad de la edición del genoma de la línea germinal. [23] La modificación del ADN no hereditario de una persona con el objetivo de mejorar su condición médica es generalmente aceptada y tiene una gran cantidad de protocolos éticos que monitorean tales procedimientos. [19] Esto incluye modificaciones como la donación de órganos, los trasplantes de médula ósea y los tipos de terapias genéticas, todos los cuales consideran valores culturales y religiosos. [19] Por otro lado, existe controversia en torno a la modificación genética hereditaria ejemplificada por el hecho de que 19 países han prohibido este tipo de modificación genética. [19] Para aquellos que creen que la vitalidad de un embrión humano es equivalente a la de un adulto, la edición del genoma en el desarrollo temprano que ocurre en o inmediatamente después de la fertilización plantea preocupaciones morales. [13] Para mitigar estas preocupaciones, los estudios que utilizan embriones humanos han utilizado embriones de tratamientos de FIV sobrantes . [13] Los científicos también han sugerido la creación de cigotos fertilizados a partir de esperma y óvulos donados estrictamente con fines de investigación. [13] Sin embargo, esto plantea una preocupación ética adicional dentro de la comunidad científica sobre el concepto de un cigoto creado únicamente para ser utilizado con fines de experimentación. [13]
El debate también rodea a los alimentos genéticamente modificados en términos de los controvertidos efectos sobre la salud y el medio ambiente que pueden tener en varias escalas de tiempo. [24] Se han implementado regulaciones para la aprobación de alimentos genéticamente modificados para reducir cierta incertidumbre que permanece en este campo. [25] Las razones a favor del desarrollo de alimentos genéticamente modificados incluyen satisfacer las demandas de la población humana en crecimiento exponencial, sustituir la disminución de la tierra cultivable y abordar la disminución de la diversidad genética que limita la posible mejora de las especies. [24] Los beneficios adicionales incluyen una mejor tolerancia a los herbicidas, mayor resistencia a las plagas y a las bacterias/hongos/virus, mayor tolerancia al estrés y mayor contenido de nutrientes dentro del organismo. [26] La biotecnología de la ingeniería genética brinda la oportunidad de lograr la seguridad alimentaria mundial al abordar estos problemas e impactar positivamente en la economía de producción de alimentos. [24] También se están investigando los posibles riesgos para la salud y existen requisitos para que se aclare la seguridad de los alimentos genéticamente modificados antes de que sean consumidos por el público. También se consideran las consecuencias ambientales debido a las alteraciones dentro de la red alimentaria cuando estos organismos se agregan a un ecosistema previamente equilibrado. [24] Como la modificación genética es tan rápida, el medio ambiente puede no ser capaz de adaptar e integrar el nuevo organismo en el ecosistema o podría tener efectos no deseados en su entorno. [26] Otros impactos en el medio ambiente incluyen el flujo genético no natural, la modificación de la química del suelo y el agua y la reducción de la diversidad de especies. [25]
Las consideraciones éticas en relación con la edición genética son muy controvertidas dentro de la comunidad científica debido a sus implicancias abiertas para el resto de la sociedad. [19] Aunque no se ha llegado a un consenso, hay planes en marcha para utilizar los recursos disponibles para continuar la educación, la investigación científica, así como la investigación sobre cuestiones éticas, legales y sociales asociadas con la modificación genética. [20]
¿Qué son los organismos modificados genéticamente (OGM) y los alimentos modificados genéticamente?