El ADN exógeno es ADN que se origina fuera del organismo de interés o estudio. [1] El ADN exógeno se puede encontrar de forma natural en forma de fragmentos parcialmente degradados que quedan de células muertas. Estos fragmentos de ADN pueden luego integrarse en los cromosomas de células bacterianas cercanas para sufrir mutagénesis . [2] Este proceso de alteración de las bacterias se conoce como transformación . [3] Las bacterias también pueden sufrir una transformación artificial mediante procesos químicos y biológicos. La introducción de ADN exógeno en células eucariotas se conoce como transfección . [4] El ADN exógeno también puede insertarse artificialmente en el genoma, lo que revolucionó el proceso de modificación genética en los animales. Al microinyectar un transgén artificial en el núcleo de un embrión animal, se permite que el ADN exógeno fusione el ADN existente de la célula para crear un animal transgénico genéticamente modificado. [5] La creación de animales transgénicos también conduce al estudio de la alteración de los espermatozoides con ADN exógeno. [6]
En 1928, el bacteriólogo Fredrick Griffith observó ADN exógeno junto con la transformación bacteriana en la especie Streptococcus pneumoniae . [7] [3] En pruebas adicionales, el médico Oswald Avery pudo aislar y confirmar que el ADN utilizado en el experimento se originó desde fuera de la célula y se integró en el genoma de la célula. Experimentos repetidos demostraron que la integración del ADN exógeno era posible en otras especies de bacterias, lo que llevó a que los estudios se extendieran a las células de mamíferos. [3] La tecnología para la inyección de ADN exógeno en organismos fue descubierta por Lin en 1966. Pudo utilizar una fina aguja de vidrio para insertar ADN producido en laboratorio en cigotos de ratón sin romper sus núcleos. En 1976, Jaenisch realizó la primera administración exitosa de ADN exógeno a ratones utilizando el virus de la leucemia de Moloney. [5]
La integración del ADN exógeno con el genoma de una célula se llama transformación ( transfección en células animales). [3] [8] La transformación es un proceso que ocurre naturalmente en las bacterias. Para absorber con éxito el ADN exógeno, las bacterias deben estar en un estado de competencia . Algunas bacterias son naturalmente competentes, pero normalmente sólo durante un breve período de tiempo en una determinada etapa de su ciclo de crecimiento. [9] Las bacterias también pueden volverse competentes mediante una variedad de tratamientos químicos. Estos tratamientos normalmente implican hacer que la membrana celular objetivo sea más permeable para aceptar ADN exógeno, siendo un ejemplo la exposición de las bacterias a una solución de iones de calcio o una mezcla de polietilenglicol y dimetilsulfóxido . [10] Otro método de tratamiento es la utilización de electricidad ( electroporación o electro transformación) para crear agujeros en la membrana celular para que entre el ADN. Finalmente, se puede utilizar la transformación mediada por liposomas . La superficie celular y el ADN entrante están ambos cargados negativamente, por lo que el ADN está recubierto de lípidos. Al proteger el ADN y posiblemente fusionarse con los lípidos de la membrana, estos liposomas pueden facilitar la entrada del ADN. [8]
La transformación de bacterias, células vegetales y células animales tiene importantes funciones comerciales y de investigación. La introducción dirigida de ADN exógeno se utiliza para identificar genes porque el ADN introducido puede causar una mutación o alterar la expresión del gen objetivo, proporcionando una señal de identificación única. Esta tecnología, conocida como mutagénesis de inserción, a menudo emplea retrovirus como vectores de entrega de ADN. Esta mutagénesis de inserción se ha utilizado a menudo para identificar muchos oncogenes en ubicaciones específicas de las células tumorales. [11]
La transfección es el proceso de introducir ADN exógeno en células eucariotas. [12] Es un término más específico para células animales, ya que el proceso de carcinogénesis en estas células también se incluye en la definición de transformación. Normalmente, la transfección describe los cambios en el genoma de una célula debido a la introducción de ADN extraño. [4] Hay varias formas de realizar la transfección artificial. Los métodos químicos implican el uso de sustancias químicas como portadores para introducir ADN, como la precipitación con fosfato cálcico , la complejación de DEAE -dextrano y la transferencia de ADN mediada por lípidos. [13] Los métodos físicos utilizan técnicas como la electroporación , la microinyección y la compresión celular para aumentar la permeabilidad de la membrana celular para aceptar ADN. [14] Los métodos virales (o transducción ) utilizan virus recombinantes manipulados en laboratorio como vectores para alterar embriones y espermatozoides. [8]
El uso de ADN exógeno para transformar células ha generado la disciplina de la transgénesis : el uso de técnicas de ADN recombinante para introducir nuevos caracteres en los organismos, principalmente a través de transgenes. [15] Un transgén es un segmento de ADN introducido que se utiliza para codificar un gen en su animal huésped. [16] Los biólogos utilizan la transgénesis como una herramienta para criar animales genéticamente modificados o transgénicos que proporcionan una amplia gama de usos. Estos incluyen el estudio de la genética del desarrollo, los procesos de enfermedades y la regulación genética . [17] Por ejemplo, los animales de granja transgénicos pueden producir productos farmacéuticos humanos junto con una mayor producción de leche o carne. Los tejidos y órganos de animales transgénicos también se pueden utilizar en transfusiones y trasplantes con menores posibilidades de rechazo inmunológico. [18]
El uso de la transgénesis para modificar genéticamente animales ha generado una nueva división en el uso de ADN exógeno para modificar los espermatozoides . Se demostró que los espermatozoides del epidídimo reaccionan a los ácidos nucleicos exógenos, lo que permite que el ADN se una de forma reversible a los espermatozoides mediante interacciones iónicas. [19] La capacidad de los espermatozoides para localizar e internalizar ADN exógeno se utilizó luego para transferir genes extraños a un ovocito durante la fertilización para crear animales transgénicos. [6] Sin embargo, una baja tasa de eficiencia dificulta esta técnica debido a la baja absorción de ADN exógeno por los espermatozoides, agravada por la baja tasa de fertilización del ovocito. [20]
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