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Animal modificado genéticamente

Los animales genéticamente modificados son animales que han sido modificados genéticamente para diversos fines, entre ellos la producción de medicamentos, la mejora de los rendimientos, el aumento de la resistencia a las enfermedades, etc. La gran mayoría de los animales genéticamente modificados se encuentran en la etapa de investigación, mientras que el número de animales próximos a entrar en el mercado sigue siendo pequeño. [1]

Producción

El proceso de ingeniería genética de mamíferos es un proceso lento, tedioso y costoso. [2] Al igual que con otros organismos genéticamente modificados (OGM), primero los ingenieros genéticos deben aislar el gen que desean insertar en el organismo huésped. Este puede tomarse de una célula que contenga el gen [3] o sintetizarse artificialmente . [4] Si el gen elegido o el genoma del organismo donante ha sido bien estudiado, es posible que ya sea accesible desde una biblioteca genética . Luego, el gen se combina con otros elementos genéticos, incluida una región promotora y terminadora y, por lo general, un marcador seleccionable . [5]

Existen varias técnicas para insertar el gen aislado en el genoma del huésped . En los animales, el ADN se inserta generalmente mediante microinyección , donde se puede inyectar a través de la envoltura nuclear de la célula directamente en el núcleo , o mediante el uso de vectores virales . [6] Los primeros animales transgénicos se produjeron inyectando ADN viral en embriones y luego implantando los embriones en hembras. [7] Es necesario asegurarse de que el ADN insertado esté presente en las células madre embrionarias . [8] El embrión se desarrollaría y se esperaría que parte del material genético se incorporara a las células reproductivas. Luego, los investigadores tendrían que esperar hasta que el animal alcanzara la edad reproductiva y luego se examinaría a la descendencia para detectar la presencia del gen en cada célula, utilizando PCR , hibridación Southern y secuenciación de ADN . [9]

Las nuevas tecnologías están haciendo que las modificaciones genéticas sean más fáciles y precisas. [2] Se han desarrollado técnicas de selección de genes , que crean roturas de doble cadena y aprovechan los sistemas naturales de reparación de recombinación homóloga de las células , para dirigir la inserción a ubicaciones exactas . La edición del genoma utiliza nucleasas diseñadas artificialmente que crean roturas en puntos específicos. Hay cuatro familias de nucleasas diseñadas: meganucleasas , [10] [11] nucleasas de dedo de zinc , [12] [13] nucleasas efectoras similares a activadores de la transcripción (TALEN), [14] [15] y el sistema Cas9-ARN guía (adaptado de CRISPR ). [16] [17] TALEN y CRISPR son los dos más utilizados y cada uno tiene sus propias ventajas. [18] Las TALEN tienen una mayor especificidad del objetivo, mientras que CRISPR es más fácil de diseñar y más eficiente. [18] El desarrollo del sistema de edición genética CRISPR-Cas9 ha reducido efectivamente a la mitad el tiempo necesario para desarrollar animales modificados genéticamente. [19]

En 1974, Rudolf Jaenisch creó el primer animal transgénico.

Los seres humanos han domesticado animales desde alrededor de 12.000 a. C., utilizando la cría selectiva o selección artificial (en contraste con la selección natural ). El proceso de cría selectiva , en el que se utilizan organismos con rasgos deseados (y por lo tanto con los genes deseados ) para criar a la siguiente generación y los organismos que carecen del rasgo no se crían, es un precursor del concepto moderno de modificación genética [20] : 1  Varios avances en genética permitieron a los humanos alterar directamente el ADN y, por lo tanto, los genes de los organismos. En 1972, Paul Berg creó la primera molécula de ADN recombinante cuando combinó el ADN de un virus de mono con el del virus lambda . [21] [22]

En 1974, Rudolf Jaenisch creó un ratón transgénico introduciendo ADN extraño en su embrión , convirtiéndolo en el primer animal transgénico del mundo. [23] [24] Sin embargo, pasaron otros ocho años antes de que se desarrollaran ratones transgénicos que transmitieran el transgén a su descendencia. [25] [26] En 1984 se crearon ratones modificados genéticamente que portaban oncogenes clonados , lo que los predisponía a desarrollar cáncer. [27] En 1989 se crearon ratones con genes eliminados ( ratón knockout ). El primer ganado transgénico se produjo en 1985 [28] y el primer animal en sintetizar proteínas transgénicas en su leche fueron los ratones, [29] diseñados para producir activador del plasminógeno tisular humano en 1987. [30]

El primer animal genéticamente modificado que se comercializó fue el GloFish , un pez cebra con un gen fluorescente añadido que le permite brillar en la oscuridad bajo luz ultravioleta . [31] Fue lanzado al mercado estadounidense en 2003. [32] El primer animal genéticamente modificado que se aprobó para uso alimentario fue el salmón AquAdvantage en 2015. [33] El salmón se transformó con un gen regulador de la hormona del crecimiento de un salmón Chinook del Pacífico y un promotor de una faneca oceánica que le permitió crecer durante todo el año en lugar de solo durante la primavera y el verano. [34]

Mamíferos

Algunas quimeras , como el ratón manchado que se muestra en la imagen, se crean mediante técnicas de modificación genética, como la focalización genética .

Los mamíferos modificados genéticamente se crean con fines de investigación, producción de productos industriales o terapéuticos, usos agrícolas o para mejorar su salud. También existe un mercado para la creación de mascotas modificadas genéticamente. [35]

Medicamento

Los mamíferos son los mejores modelos para las enfermedades humanas, lo que hace que los modificados genéticamente sean vitales para el descubrimiento y desarrollo de curas y tratamientos para muchas enfermedades graves. La eliminación de genes responsables de los trastornos genéticos humanos permite a los investigadores estudiar el mecanismo de la enfermedad y probar posibles curas. Los ratones modificados genéticamente han sido los mamíferos más comunes utilizados en la investigación biomédica , ya que son baratos y fáciles de manipular. Los ejemplos incluyen ratones humanizados creados por xenotrasplante de productos genéticos humanos, para ser utilizados como híbridos murinos humano-animales para obtener conocimientos relevantes en el contexto in vivo para la comprensión de la fisiología y las patologías específicas de los humanos. [36] Los cerdos también son un buen objetivo, porque tienen un tamaño corporal, características anatómicas, fisiología , respuesta fisiopatológica y dieta similares. [37] Los primates no humanos son los organismos modelo más similares a los humanos, pero hay menos aceptación pública hacia su uso como animales de investigación. [38] En 2009, los científicos anunciaron que habían transferido con éxito un gen a una especie de primate ( los titíes ) y habían producido una línea estable de primates transgénicos reproductivos por primera vez. [39] [40] Su primer objetivo de investigación para estos titíes fue la enfermedad de Parkinson , pero también estaban considerando la esclerosis lateral amiotrófica y la enfermedad de Huntington . [41]

Cerdo transgénico para producción de queso

Las proteínas humanas expresadas en mamíferos tienen más probabilidades de ser similares a sus contrapartes naturales que las expresadas en plantas o microorganismos. Se ha logrado una expresión estable en ovejas, cerdos, ratas y otros animales. En 2009, se aprobó el primer fármaco biológico humano producido a partir de un animal de este tipo, una cabra . El fármaco, ATryn , es un anticoagulante que reduce la probabilidad de coágulos de sangre durante la cirugía o el parto y se extrajo de la leche de la cabra. [42] La alfa-1-antitripsina humana es otra proteína que se utiliza para tratar a los humanos con esta deficiencia. [43] Otra área es la creación de cerdos con mayor capacidad para trasplantes de órganos humanos ( xenotrasplante ). Los cerdos han sido modificados genéticamente para que sus órganos ya no puedan transportar retrovirus [44] o tengan modificaciones para reducir la posibilidad de rechazo. [45] [46] Se están considerando los pulmones de cerdos modificados genéticamente para trasplantarlos a humanos. [47] [48] Incluso existe el potencial de crear cerdos quiméricos que puedan transportar órganos humanos. [37] [49]

Ganado

El ganado se modifica con la intención de mejorar características económicamente importantes, como la tasa de crecimiento, la calidad de la carne, la composición de la leche, la resistencia a las enfermedades y la supervivencia. Los animales han sido modificados genéticamente para crecer más rápido, ser más saludables [50] y resistir las enfermedades. [51] Las modificaciones también han mejorado la producción de lana de las ovejas y la salud de las ubres de las vacas. [1]

Las cabras han sido modificadas genéticamente para producir leche con proteínas de seda fuertes, similares a las de las telarañas. [52] La secuencia genética de las cabras ha sido modificada, utilizando cordones umbilicales frescos tomados de cabritos, para codificar la enzima humana lisozima . Los investigadores querían alterar la leche producida por las cabras, para que contuviera lisozima con el fin de combatir las bacterias que causan diarrea en los humanos. [53]

Enviropig era una línea genéticamente mejorada de cerdos Yorkshire en Canadá creada con la capacidad de digerir el fósforo de las plantas de manera más eficiente que los cerdos Yorkshire convencionales. [54] [55] La construcción del transgén A que consiste en un promotor expresado en la glándula parótida murina y el gen de fitasa de Escherichia coli se introdujo en el embrión de cerdo mediante microinyección pronuclear . [56] Esto hizo que los cerdos produjeran la enzima fitasa , que descompone el fósforo no digerible, en su saliva. [54] [57] Como resultado, excretan entre un 30 y un 70% menos de fósforo en el estiércol dependiendo de la edad y la dieta. [54] [57] Las concentraciones más bajas de fósforo en la escorrentía superficial reducen el crecimiento de algas , porque el fósforo es el nutriente limitante para las algas. [54] Debido a que las algas consumen grandes cantidades de oxígeno, el crecimiento excesivo puede resultar en zonas muertas para los peces. La financiación del programa Enviropig finalizó en abril de 2012 [58] y, como no se encontraron nuevos socios, los cerdos fueron sacrificados [59] . Sin embargo, el material genético se almacenará en el Programa Canadiense de Repositorios Genéticos Agrícolas. En 2006, se diseñó un cerdo para que produjera ácidos grasos omega-3 mediante la expresión de un gen de lombriz intestinal [60] .

El toro Herman en exhibición en el Centro de Biodiversidad Naturalis

En 1990, se desarrolló el primer bovino transgénico del mundo , Herman el Toro. Herman fue diseñado genéticamente mediante la microinyección de células embrionarias con el gen humano que codifica la lactoferrina . El Parlamento holandés cambió la ley en 1992 para permitir que Herman se reprodujera. Ocho terneros nacieron en 1994 y todos los terneros heredaron el gen de la lactoferrina. [61] Con los engendramientos posteriores, Herman engendró un total de 83 terneros. [62] La ley holandesa requería que Herman fuera sacrificado al concluir el experimento . Sin embargo, el Ministro de Agricultura holandés en ese momento, Jozias van Aartsen , le concedió un indulto siempre que no tuviera más descendencia después de que el público y los científicos se unieran en su defensa. [62] Junto con vacas clonadas llamadas Holly y Belle, vivió su retiro en Naturalis , el Museo Nacional de Historia Natural en Leiden. [62] El 2 de abril de 2004, los veterinarios de la Universidad de Utrecht sacrificaron a Herman porque sufría de osteoartritis . [ 63 ] [ 62] En el momento de su muerte, Herman era uno de los toros más viejos de los Países Bajos. [63] La piel de Herman ha sido preservada y montada por taxidermistas y está permanentemente en exhibición en Naturalis. Dicen que representa el comienzo de una nueva era en la forma en que el hombre se relaciona con la naturaleza, un icono del progreso científico y la posterior discusión pública de estos temas. [63]

En octubre de 2017, los científicos chinos anunciaron que habían utilizado la tecnología de edición genética CRISPR para crear una línea de cerdos con una mejor regulación de la temperatura corporal, lo que resultó en aproximadamente un 24% menos de grasa corporal que el ganado típico. [64]

Los investigadores han desarrollado vacas lecheras transgénicas para que crezcan sin cuernos (a veces llamadas " sin cuernos ") que pueden causar lesiones a los granjeros y otros animales. El ADN se tomó del genoma del ganado Red Angus , que se sabe que suprime el crecimiento de los cuernos, y se insertó en células tomadas de un toro Holstein de élite llamado "Randy". Cada uno de los descendientes será un clon de Randy, pero sin sus cuernos, y su descendencia también debería ser sin cuernos. [65] En 2011, científicos chinos generaron vacas lecheras modificadas genéticamente con genes de seres humanos para producir leche que sería la misma que la leche materna humana. [66] Esto podría beneficiar potencialmente a las madres que no pueden producir leche materna pero quieren que sus hijos tomen leche materna en lugar de fórmula. [67] [68] Los investigadores afirman que estas vacas transgénicas son idénticas a las vacas normales. [69] Dos meses después, científicos de Argentina presentaron a Rosita, una vaca transgénica que incorpora dos genes humanos, para producir leche con propiedades similares a la leche materna humana. [70] En 2012, investigadores de Nueva Zelanda también desarrollaron una vaca modificada genéticamente que producía leche libre de alergias. [71]

En 2016, Jayne Raper y un equipo anunciaron la primera vaca transgénica tripanotolerante del mundo. Este equipo, que abarca el Instituto Internacional de Investigación Ganadera , el Colegio Rural de Escocia , el Centro de Genética y Salud Ganadera Tropical del Instituto Roslin y la Universidad de la Ciudad de Nueva York , anunció que había nacido un toro Boran de Kenia y que ya había tenido dos hijos con éxito. Tumaini, llamado así por la palabra swahili que significa "esperanza", lleva un factor tripanolítico de un babuino a través de CRISPR/Cas9 . [72] [73]

Investigación

Los científicos han diseñado genéticamente varios organismos, incluidos algunos mamíferos, para incluir la proteína verde fluorescente (GFP), con fines de investigación. [74] La GFP y otros genes informantes similares permiten una fácil visualización y localización de los productos de la modificación genética. [75] Se han criado cerdos fluorescentes para estudiar trasplantes de órganos humanos, células fotorreceptoras oculares regenerativas y otros temas. [76] En 2011 se crearon gatos verdes fluorescentes para encontrar terapias para el VIH/SIDA y otras enfermedades [77] ya que el virus de inmunodeficiencia felina (VIF) está relacionado con el VIH. [78] Investigadores de la Universidad de Wyoming han desarrollado una forma de incorporar genes de hilado de seda de arañas en cabras, lo que permite a los investigadores recolectar la proteína de seda de la leche de las cabras para una variedad de aplicaciones. [79]

Conservación

Se ha propuesto la modificación genética del virus del mixoma para conservar los conejos salvajes europeos en la península ibérica y ayudar a regularlos en Australia. Para proteger a las especies ibéricas de enfermedades virales, el virus del mixoma fue modificado genéticamente para inmunizar a los conejos, mientras que en Australia el mismo virus del mixoma fue modificado genéticamente para reducir la fertilidad en la población de conejos australianos. [80] También se ha sugerido que la ingeniería genética podría usarse para traer de vuelta a los animales de la extinción . Implica cambiar el genoma de un pariente vivo cercano para que se parezca al extinto y actualmente se está intentando con la paloma migratoria . [81] Se han agregado genes asociados con el mamut lanudo al genoma de un elefante africano , aunque el investigador principal dice que no tiene intención de usar elefantes vivos. [82]

Humanos

La terapia génica [83] utiliza virus modificados genéticamente para administrar genes que pueden curar enfermedades en humanos. Aunque la terapia génica todavía es relativamente nueva, ha tenido algunos éxitos. Se ha utilizado para tratar trastornos genéticos como la inmunodeficiencia combinada grave [84] y la amaurosis congénita de Leber . [85] También se están desarrollando tratamientos para una variedad de otras enfermedades actualmente incurables, como la fibrosis quística , [86] la anemia de células falciformes , [87] la enfermedad de Parkinson , [88] [89] el cáncer , [90] [91] [92] la diabetes , [93] las enfermedades cardíacas , [94] y la distrofia muscular . [95] Estos tratamientos solo afectan a las células somáticas , lo que significa que cualquier cambio no sería hereditario. La terapia génica de la línea germinal da como resultado que cualquier cambio sea hereditario, lo que ha generado inquietudes dentro de la comunidad científica. [96] [97] En 2015, se utilizó CRISPR para editar el ADN de embriones humanos no viables . [98] [99] En noviembre de 2018, He Jiankui anunció que había editado los genomas de dos embriones humanos, para intentar desactivar el gen CCR5 , que codifica un receptor que el VIH utiliza para entrar en las células. Dijo que las niñas gemelas, Lulu y Nana , habían nacido unas semanas antes, y que portaban copias funcionales de CCR5 junto con CCR5 desactivado ( mosaicismo ), y aún eran vulnerables al VIH. El trabajo fue ampliamente condenado como poco ético, peligroso y prematuro. [100]

Pez

Los peces modificados genéticamente se utilizan para la investigación científica, como mascotas y como fuente de alimento. La acuicultura es una industria en crecimiento que actualmente proporciona más de la mitad del pescado que se consume en todo el mundo. [101] Mediante la ingeniería genética, es posible aumentar las tasas de crecimiento, reducir la ingesta de alimentos, eliminar propiedades alergénicas , aumentar la tolerancia al frío y proporcionar resistencia a las enfermedades.

Detección de contaminación

Los peces también pueden utilizarse para detectar la contaminación acuática o funcionar como biorreactores. [102] Varios grupos han estado desarrollando peces cebra para detectar la contaminación mediante la unión de proteínas fluorescentes a genes activados por la presencia de contaminantes. Los peces brillarán y podrán utilizarse como sensores ambientales. [103] [104]

Mascotas

El GloFish es una marca de pez cebra modificado genéticamente con un color fluorescente rojo, verde y naranja brillante. Fue desarrollado originalmente por uno de los grupos para detectar la contaminación, pero ahora es parte del comercio de peces ornamentales, convirtiéndose en el primer animal modificado genéticamente en estar disponible públicamente como mascota cuando fue presentado para la venta en 2003. [105]

Investigación

Los peces transgénicos se utilizan ampliamente en la investigación básica en genética y desarrollo. Dos especies de peces, el pez cebra y el medaka , son los más comúnmente modificados, porque tienen coriones ópticamente transparentes (membranas en el huevo), se desarrollan rápidamente y el embrión de una célula es fácil de ver y microinyectar con ADN transgénico. [106] Los peces cebra son organismos modelo para procesos de desarrollo, regeneración , genética, comportamiento, mecanismos de enfermedades y pruebas de toxicidad. [107] Su transparencia permite a los investigadores observar etapas de desarrollo, funciones intestinales y crecimiento tumoral. [108] [109] La generación de protocolos transgénicos (organismo completo, específico de célula o tejido, marcado con genes reporteros) ha aumentado el nivel de información obtenida al estudiar estos peces. [110]

Crecimiento

Se han desarrollado peces modificados genéticamente con promotores que impulsan una sobreproducción de la hormona de crecimiento "para todos los peces" para su uso en la industria de la acuicultura , con el fin de aumentar la velocidad de desarrollo y reducir potencialmente la presión pesquera sobre las poblaciones silvestres. Esto ha dado como resultado una mejora espectacular del crecimiento en varias especies, entre ellas el salmón [111] , la trucha [112] y la tilapia [113] .

AquaBounty Technologies ha producido un salmón que puede madurar en la mitad del tiempo que el salmón salvaje. [114] El pez es un salmón del Atlántico con un gen de salmón Chinook ( Oncorhynchus tshawytscha ) insertado. Esto le permite producir hormonas de crecimiento durante todo el año en comparación con el pez salvaje que produce la hormona solo durante una parte del año. [115] El pez también tiene un segundo gen insertado de la bacalao oceánico similar a la anguila que actúa como un interruptor de "encendido" de la hormona. [115] La bacalao también tiene proteínas anticongelantes en su sangre, que permiten al salmón GM sobrevivir en aguas casi heladas y continuar su desarrollo. [116] Un salmón salvaje tarda entre 24 y 30 meses en alcanzar el tamaño comercial (4-6 kg), mientras que los productores del salmón GM dicen que solo se necesitan 18 meses para que el pez GM alcance ese tamaño. [116] [117] [118] En noviembre de 2015, la FDA de los EE. UU. aprobó el salmón AquAdvantage para la producción comercial, la venta y el consumo, [119] el primer alimento transgénico no vegetal que se comercializará. [120]

AquaBounty afirma que para evitar que los peces modificados genéticamente se reproduzcan inadvertidamente con el salmón salvaje, todos los peces serán hembras y reproductivamente estériles, [118] aunque un pequeño porcentaje de las hembras pueden permanecer fértiles. [115] Algunos oponentes del salmón modificado genéticamente lo han bautizado como el "Frankenfish". [115] [121]

Insectos

Investigación

En la investigación biológica, las moscas de la fruta transgénicas ( Drosophila melanogaster ) son organismos modelo utilizados para estudiar los efectos de los cambios genéticos en el desarrollo. [122] Las moscas de la fruta a menudo se prefieren sobre otros animales debido a su corto ciclo de vida y bajos requisitos de mantenimiento. También tiene un genoma relativamente simple en comparación con muchos vertebrados , con típicamente solo una copia de cada gen, lo que facilita el análisis fenotípico. [123] Drosophila se ha utilizado para estudiar la genética y la herencia, el desarrollo embrionario, el aprendizaje, el comportamiento y el envejecimiento. [124] Los transposones (particularmente los elementos P) están bien desarrollados en Drosophila y proporcionaron un método temprano para agregar transgenes a su genoma, aunque esto ha sido asumido por técnicas de edición genética más modernas. [125]

Control de población

Debido a su importancia para la salud humana, los científicos están buscando formas de controlar los mosquitos mediante ingeniería genética. Se han desarrollado mosquitos resistentes a la malaria en el laboratorio. [126] insertando un gen que reduce el desarrollo del parásito de la malaria [127] y luego usando endonucleasas homing para propagar rápidamente ese gen en toda la población masculina (conocido como impulsión genética ). [128] Esto se ha llevado más allá al intercambiarlo por un gen letal. [129] [130] En los ensayos, las poblaciones de mosquitos Aedes aegypti , el portador más importante del dengue y el virus Zika, se redujeron entre un 80% y un 90%. [131] [132] [130] Otro enfoque es utilizar la técnica del insecto estéril , mediante la cual los machos genéticamente modificados para ser estériles compiten con los machos viables, para reducir las cifras de población. [133]

Otras plagas de insectos que son objetivos atractivos son las polillas . Las polillas de dorso de diamante causan daños de 4 a 5 mil millones de dólares estadounidenses al año en todo el mundo. [134] El enfoque es similar al de los mosquitos, donde se liberarán machos transformados con un gen que impide que las hembras alcancen la madurez. [135] Se sometieron a pruebas de campo en 2017. [134] Anteriormente, se liberaron polillas genéticamente modificadas en pruebas de campo. [136] Una cepa de gusano rosado que se esterilizó con radiación se modificó genéticamente para expresar una proteína fluorescente roja , lo que facilita a los investigadores su seguimiento. [137]

Industria

El gusano de seda, la etapa larvaria de Bombyx mori , es un insecto económicamente importante en la sericultura . Los científicos están desarrollando estrategias para mejorar la calidad y cantidad de la seda. También existe el potencial de utilizar la maquinaria de producción de seda para producir otras proteínas valiosas. [138] Las proteínas expresadas por los gusanos de seda incluyen; albúmina sérica humana , cadena α de colágeno humano , anticuerpo monoclonal de ratón y N-glicanasa . [139] Se han creado gusanos de seda que producen seda de araña , una seda más fuerte pero extremadamente difícil de cosechar, [140] e incluso sedas novedosas. [141]

Pájaros

Los intentos de producir aves genéticamente modificadas comenzaron antes de 1980. [142] Los pollos han sido modificados genéticamente para diversos fines. Esto incluye estudiar el desarrollo embrionario , [143] prevenir la transmisión de la gripe aviar [144] y proporcionar conocimientos evolutivos utilizando ingeniería inversa para recrear fenotipos similares a los de los dinosaurios. [145] Un pollo GM que produce el fármaco Kanuma , una enzima que trata una enfermedad rara, en su huevo recibió la aprobación regulatoria en 2015. [146]

Control de enfermedades

Un posible uso de las aves modificadas genéticamente podría ser la reducción de la propagación de enfermedades aviares. Los investigadores del Instituto Roslin han producido una cepa de pollos modificados genéticamente ( Gallus gallus domesticus ) que no transmite la gripe aviar a otras aves; sin embargo, estas aves siguen siendo susceptibles de contraerla. La modificación genética es una molécula de ARN que impide la reproducción del virus imitando la región del genoma del virus de la gripe que controla la replicación. Se la denomina "señuelo" porque desvía la enzima del virus de la gripe, la polimerasa , de las funciones que se requieren para la replicación del virus. [147]

Perspectivas evolutivas

Un equipo de genetistas dirigido por el paleontólogo de la Universidad de Montana , Jack Horner, busca modificar un pollo para expresar varias características presentes en los maniraptoranos ancestrales pero ausentes en las aves modernas, como dientes y una cola larga, [148] creando lo que se ha denominado un 'pollosaurio'. [149] Proyectos paralelos han producido embriones de pollo que expresan anatomía de cráneo, [150] piernas, [145] y pie [151] similares a los de los dinosaurios .

Determinación del sexo in ovo

La edición genética es una herramienta posible en la industria de la cría de gallinas ponedoras para proporcionar una alternativa al sacrificio de polluelos . Con esta tecnología, a las gallinas reproductoras se les da un marcador genético que solo se transmite a la descendencia masculina. Estos machos pueden luego ser identificados durante la incubación y retirados del suministro de huevos, de modo que solo las hembras eclosionen. Por ejemplo, la empresa emergente israelí eggXYt utiliza CRISPR para dar a los huevos masculinos un biomarcador que los hace brillar en determinadas condiciones. [152] Es importante destacar que la gallina ponedora resultante y los huevos que produce no están editados genéticamente. El Director General de Salud y Seguridad Alimentaria de la Unión Europea ha confirmado que los huevos fabricados de esta manera pueden comercializarse, [153] aunque ninguno está disponible comercialmente a partir de junio de 2023. [154]

Anfibios

Los primeros experimentos que desarrollaron con éxito anfibios transgénicos en embriones comenzaron en la década de 1980 con Xenopus laevis . [155] Más tarde, se produjeron axolotes transgénicos de línea germinal en Ambystoma mexicanum en 2006 utilizando una técnica llamada transgénesis mediada por I-SceI que utiliza la enzima endonucleasa I-SceI que puede romper el ADN en sitios específicos y permitir que se inserte ADN extraño en el genoma. [156] Tanto Xenopus laevis como Ambystoma mexicanum son organismos modelo utilizados para estudiar la regeneración . Además, se han producido líneas transgénicas en otras salamandras , incluido el tritón japonés Pyrrhogaster y Pleurodeles watl . [157] Las ranas genéticamente modificadas, en particular Xenopus laevis y Xenopus tropicalis , se utilizan en biología del desarrollo . Las ranas GM también se pueden utilizar como sensores de contaminación, especialmente para sustancias químicas disruptoras endocrinas . [158] Existen propuestas para utilizar la ingeniería genética para controlar los sapos de caña en Australia . [159] [160] Muchas líneas de X. laevis transgénicas se utilizan para estudiar la inmunología para abordar cómo las bacterias y los virus causan enfermedades infecciosas en el Recurso de Investigación de X. laevis para Inmunobiología (XLRRI) del Centro Médico de la Universidad de Rochester. [161] Los anfibios también se pueden utilizar para estudiar y validar vías de señalización regenerativa como la vía Wnt . [162] [161] Las capacidades de curación de heridas de los anfibios tienen muchas aplicaciones prácticas y potencialmente pueden proporcionar una base para la reparación sin cicatrices en la cirugía plástica humana, como el tratamiento de la piel de pacientes con quemaduras. [163]

Los anfibios como X. laevis son adecuados para la embriología experimental porque tienen embriones grandes que pueden manipularse y observarse fácilmente durante el desarrollo. [164] En experimentos con axolotes, a menudo se utilizan mutantes con piel pigmentada blanca porque su piel semitransparente proporciona un método eficiente de visualización y seguimiento de proteínas marcadas con fluorescencia como GFP . [165] Los anfibios no siempre son ideales cuando se trata de los recursos necesarios para producir animales modificados genéticamente; junto con el tiempo de generación de uno a dos años, Xenopus laevis puede considerarse menos que ideal para experimentos transgénicos debido a su genoma pseudotetraploide . [164] Debido a que los mismos genes aparecen en el genoma varias veces, la probabilidad de que los experimentos de mutagénesis funcionen es menor. [166] Los métodos actuales de congelación y descongelación de esperma de axolote los vuelven no funcionales, lo que significa que las líneas transgénicas deben mantenerse en una instalación y esto puede resultar bastante costoso. [167] [168] La producción de axolotes transgénicos presenta muchos desafíos debido al gran tamaño de su genoma. [168] Los métodos actuales para generar axolotes transgénicos se limitan a la integración aleatoria del casete transgénico en el genoma, lo que puede conducir a una expresión desigual o al silenciamiento. [169] Los duplicados de genes también complican los esfuerzos para generar knockouts genéticos eficientes . [168]

A pesar de los costos, los ajolotes tienen capacidades regenerativas únicas y, en última instancia, brindan información útil para comprender la regeneración de tejidos porque pueden regenerar sus extremidades, médula espinal, piel, corazón, pulmones y otros órganos. [168] [170] Los ajolotes mutantes de origen natural, como la cepa blanca que se usa a menudo en la investigación, tienen una mutación transcripcional en el locus del gen Edn3. [171] A diferencia de otros organismos modelo, las primeras células marcadas con fluorescencia en ajolotes fueron células musculares diferenciadas en lugar de embriones. En estos experimentos iniciales a principios de la década de 2000, los científicos pudieron visualizar la regeneración de células musculares en la cola del ajolote utilizando una técnica de microinyección, pero no se pudieron rastrear las células durante todo el curso de la regeneración debido a condiciones demasiado duras que causaron la muerte celular temprana en las células marcadas. [172] [173] Aunque el proceso de producción de axolotes transgénicos fue un desafío, los científicos pudieron etiquetar células por períodos más largos utilizando una técnica de transfección de plásmidos, que implica inyectar ADN en células utilizando un pulso eléctrico en un proceso llamado electroporación . Se cree que la transfección de células de axolote es más difícil debido a la composición de la matriz extracelular (ECM). Esta técnica permite etiquetar células de la médula espinal y es muy importante para estudiar la regeneración de las extremidades en muchas otras células; se ha utilizado para estudiar el papel del sistema inmunológico en la regeneración. Utilizando enfoques de eliminación de genes , los científicos pueden apuntar a regiones específicas de ADN utilizando técnicas como CRISPR/Cas9 para comprender la función de ciertos genes en función de la ausencia del gen de interés. Por ejemplo, la eliminación de genes del gen Sox2 confirma el papel de esta región en la amplificación de células madre neuronales en el axolote. La tecnología para realizar knockouts genéticos condicionales más complejos, o knockouts condicionales que le dan al científico control espaciotemporal del gen, aún no es adecuada para los ajolotes. [168] Sin embargo, la investigación en este campo continúa desarrollándose y se hace más fácil gracias a la secuenciación reciente del genoma y los recursos creados para los científicos, incluidos portales de datos que contienen conjuntos de referencia del genoma y el transcriptoma del ajolote para identificar ortólogos . [174] [175]

Nematodos

El nematodo Caenorhabditis elegans es uno de los principales organismos modelo para la investigación de la biología molecular . [176] La interferencia de ARN (ARNi) se descubrió en C. elegans [177] y podría inducirse simplemente alimentándolos con bacterias modificadas para expresar ARN bicatenario . [178] También es relativamente fácil producir nematodos transgénicos estables y esto junto con el ARNi son las principales herramientas utilizadas para estudiar sus genes. [179] El uso más común de los nematodos transgénicos ha sido estudiar la expresión y localización de genes mediante la unión de genes reporteros. Los transgenes también se pueden combinar con ARNi para rescatar fenotipos, alterarlos para estudiar la función de los genes, obtener imágenes en tiempo real a medida que las células se desarrollan o usar para controlar la expresión de diferentes tejidos o etapas de desarrollo. [179] Los nematodos transgénicos se han utilizado para estudiar virus, [180] toxicología, [181] y enfermedades [182] [183] ​​y para detectar contaminantes ambientales. [184]

Otro

Se han desarrollado sistemas para crear organismos transgénicos en una amplia variedad de otros animales. Se ha encontrado el gen responsable del albinismo en los pepinos de mar , y se ha utilizado para diseñar pepinos de mar blancos , un manjar poco común. La tecnología también abre el camino para investigar los genes responsables de algunos de los rasgos más inusuales de los pepinos, incluida la hibernación en verano, la evisceración de sus intestinos y la disolución de sus cuerpos al morir. [185] Los platelmintos tienen la capacidad de regenerarse a partir de una sola célula. [186] [187] Hasta 2017 no había una forma efectiva de transformarlos, lo que obstaculizaba la investigación. Mediante el uso de microinyección y radiación, los científicos ahora han creado los primeros platelmintos modificados genéticamente. [188] El gusano de cerdas , un anélido marino , ha sido modificado. Es de interés debido a que su ciclo reproductivo está sincronizado con las fases lunares, la capacidad de regeneración y la lenta tasa de evolución. [189] Los cnidarios como la hidra y la anémona de mar Nematostella vectensis son organismos modelo atractivos para estudiar la evolución de la inmunidad y ciertos procesos de desarrollo. [190] Otros organismos que han sido modificados genéticamente incluyen caracoles , [191] gecos , tortugas , [192] cangrejos de río , ostras , camarones , almejas , abulón , [193] y esponjas . [194]

Los productos alimenticios derivados de animales modificados genéticamente (GM) aún no han ingresado al mercado europeo. No obstante, el debate en curso sobre los cultivos GM [1] y el debate en desarrollo sobre la seguridad y la ética de los alimentos y productos farmacéuticos producidos tanto por animales como por plantas GM han provocado opiniones diversas en diferentes sectores de la sociedad [195].

Recursos sobre bienestar animal y ética

Ética

La modificación genética y la edición del genoma tienen potencial para el futuro, pero las decisiones sobre el uso de estas tecnologías deben basarse no sólo en lo que es posible, sino también en lo que es éticamente razonable. Principios como la integridad animal, la naturalidad, la identificación de riesgos y el bienestar animal son ejemplos de factores éticamente importantes que deben tenerse en cuenta, y también influyen en la percepción pública y las decisiones regulatorias de las autoridades. [196]

Se ha cuestionado la utilidad de extrapolar los datos obtenidos con animales a los seres humanos. Esto ha llevado a los comités éticos a adoptar los principios de las cuatro R (Reducción, Refinamiento, Reemplazo y Responsabilidad) como guía para la toma de decisiones en materia de experimentación con animales . Sin embargo, todavía no ha sido posible abandonar por completo a los animales de laboratorio y se necesitan más investigaciones para desarrollar una hoja de ruta para alternativas sólidas antes de que se pueda interrumpir por completo su uso. [197]

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