La transferencia génica mediada por espermatozoides (SMGT) es una técnica transgénica que transfiere genes basándose en la capacidad de los espermatozoides de unirse espontáneamente e internalizar ADN exógeno y transportarlo a un ovocito durante la fertilización para producir animales modificados genéticamente . 1 El ADN exógeno se refiere al ADN que se origina fuera del organismo. Se han obtenido animales transgénicos utilizando SMGT, pero la eficiencia de esta técnica es baja. La baja eficiencia se debe principalmente a la baja absorción de ADN exógeno por los espermatozoides, lo que reduce las posibilidades de fertilizar los ovocitos con espermatozoides transfectados. 2 Para producir con éxito animales transgénicos mediante SMGT, los espermatozoides deben unir el ADN exógeno a la cabeza y estos espermatozoides transfectados deben mantener su funcionalidad para fertilizar el ovocito. 2 Los animales modificados genéticamente producidos por SMGT son útiles para la investigación en los campos de estudio biomédico, agrícola y veterinario. La SMGT también podría ser útil para generar animales como modelos para enfermedades humanas o conducir a futuros descubrimientos relacionados con la terapia génica humana.
El método para SMGT utiliza el espermatozoide, un vector natural de material genético, para transportar ADN exógeno. Las moléculas de ADN exógeno se unen a la membrana celular de la cabeza del espermatozoide. Esta unión e internalización del ADN no es un evento aleatorio. El ADN exógeno interactúa con las proteínas de unión al ADN (DBP) que están presentes en la superficie del espermatozoide. 3 Los espermatozoides están protegidos naturalmente contra la intrusión de moléculas de ADN exógeno por un factor inhibidor presente en el líquido seminal de los mamíferos. Este factor bloquea la unión de los espermatozoides y el ADN exógeno porque en presencia del factor inhibidor, las DBP pierden su capacidad de unirse al ADN exógeno. En ausencia de este factor inhibidor, las DBP en los espermatozoides pueden interactuar con el ADN y luego pueden translocar el ADN dentro de la célula. Por lo tanto, el líquido seminal debe eliminarse de las muestras de esperma mediante un lavado extenso inmediatamente después de la eyaculación . 3 Después de que el ADN se internaliza, el ADN exógeno debe integrarse en el genoma. Se han sugerido varios mecanismos para la integración del ADN, incluida la integración del ADN en la activación del ovocito, en la descondensación del núcleo o en la formación de los pronúcleos, pero todos estos mecanismos sugeridos implican que la integración del ADN ocurre después de la penetración del espermatozoide en el ovocito. 3
La transferencia de genes mediada por espermatozoides se considera controvertida porque, a pesar de los éxitos, aún no se ha establecido como una forma confiable de manipulación genética. El escepticismo surge a partir de la suposición de que podría surgir un caos evolutivo si los espermatozoides pudieran actuar como vectores para el ADN exógeno. 4 Una suposición razonable nos dice que, dado que los tractos reproductivos contienen moléculas de ADN libres, los espermatozoides deberían ser altamente resistentes al riesgo de captar moléculas de ADN exógeno. La SMGT se ha demostrado experimentalmente y siguió la suposición de que la naturaleza tiene barreras contra la SMGT. Estas barreras no siempre son absolutas y podrían explicar los resultados experimentales inconsistentes de la SMGT. 4 Si existen barreras naturales contra la SMGT, entonces los éxitos pueden representar solo casos inusuales en los que las barreras fallaron. Se han identificado dos barreras: el factor inhibidor en el líquido seminal que evita la unión a moléculas de ADN extrañas y una actividad de nucleasa endógena del espermatozoide que se desencadena por la interacción de los espermatozoides con moléculas de ADN extrañas. 4 Estas protecciones dan motivos para creer que las interacciones no intencionales entre el esperma y las secuencias genéticas exógenas se mantienen al mínimo. Estas barreras permiten la protección contra la amenaza de que cada evento de fertilización pueda convertirse en uno potencialmente mutagénico. 4
Se han producido animales transgénicos con éxito utilizando técnicas de transferencia de genes, como la transferencia de genes mediada por espermatozoides. Aunque esta producción ha sido exitosa, la eficiencia del proceso es baja. La baja eficiencia de la SMGT en la producción de animales transgénicos se debe principalmente a la mala absorción del ADN exógeno por parte de los espermatozoides, lo que reduce el número de ovocitos fertilizados con espermatozoides transfectados. 5 De 1989 a 2004, hubo más de 30 solicitudes de producción de animales transgénicos viables utilizando SMGT, pero solo alrededor del 25 por ciento de ellas demostraron una transmisión de los transgenes más allá de la generación F 0. 4 Esta transmisión es necesaria para reclamar una transgénesis animal utilizable. Según estudios previos, se ha descubierto que numerosas especies animales, incluidos mamíferos, aves, insectos y peces, son susceptibles a las técnicas de SMGT, lo que indica que la SMGT tiene una amplia aplicabilidad en una amplia variedad de especies de metazoos. 4 En la actualidad, a pesar de la baja frecuencia de transmisión de transgenes, la frecuencia de modificaciones del fenotipo y de la transgénesis animal en general ha sido tan alta como el 80 por ciento en algunos experimentos. 4
El uso potencial de la transferencia génica mediada por espermatozoides para la terapia génica somática del embrión es una posibilidad para futuras investigaciones. La terapia génica somática del embrión sería ventajosa porque parece haber una correlación inversa entre la edad del paciente y la eficacia de la terapia génica. Por lo tanto, la posibilidad de un tratamiento de terapia génica antes de que se produzca un daño irreversible sería ideal. 4 La mayoría de los experimentos que informan de una SMGT exitosa proporcionan evidencia de transferencia y mantenimiento de transgenes después de la fertilización. 6 La SMGT tiene ventajas potenciales de ser un método simple y rentable de terapia génica, especialmente en contraste con la microinyección pronuclear, otra técnica transgénica. Sin embargo, a pesar de algunos éxitos y su utilidad potencial, la SMGT aún no se ha establecido como una forma confiable de modificación genética. 6
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2. García-Vázquez FA, Ruiz S, Grullón LA, Ondiz AD, Gutiérrez-Adán A, Gadea J. 2011. Factores que afectan la transferencia de genes mediada por el esperma porcino. Investigación en Ciencias Veterinarias. 91(3):446-53.
3. Lavitrano M, Busnelli M, Cerrito MG, Giovannoni R, Manzini S, Vargiolu A. 2006. Transferencia de genes mediada por espermatozoides. Reproducción, fertilidad y desarrollo. 18:19-23.
4. Smith K, Spadafora C. 2005. Transferencia de genes mediada por espermatozoides: aplicaciones e implicaciones. BioEssays. 27(5):551-562.
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6. Smith K. 2004. Terapia génica: la posible aplicabilidad de la tecnología de transferencia génica a la línea germinal humana. Revista Internacional de Ciencias Médicas. 1(2):76-91.