¿Cómo se modifica de manera artificial el ADN de un organismo en un sistema de laboratorio?

Todos los seres vivos poseen una serie de genes en su ADN que determinan las características de cada individuo. Desde el color del pelo de un Yorkshire Terrier hasta el color de los ojos de un loro, la estatura de una jirafa, o el sabor de una mandarina, todo está determinado por los genes.

El conjunto de genes que tiene cada ser vivo se conoce como su genotipo, y las características observables que esos genes producen en el individuo se conocen como su fenotipo.

Muchas veces, a los científicos les interesa modificar los genes en el ADN para poder obtener un fenotipo particular. En algunos casos, este fenotipo puede ser la resistencia de una planta a una plaga, o el tamaño y el sabor de una fruta. Sin embargo, en otros casos esta modificación puede buscar curar una enfermedad hereditaria o incluso el cáncer.

Pero, ¿cómo hacen los científicos, genetistas y biólogos moleculares para modificar de manera artificial al ADN para conseguir estos fines? Lo hacen a través de diferentes técnicas de ingeniería genética. Estas técnicas permiten bien sea modificar por medio de mutaciones el código genético, o insertar genes y otros trozos de material genético desde un individuo a otro.

Las técnicas más utilizadas son:

• Mutaciones inducidas por medio de radiación y por mutágenos químicos.
• Transformación.
• Transfección.
• Transducción.

Mutaciones inducidas

Una mutación es cualquier cambio en la secuencia normal del ADN. Estas pueden ocurrir, y, de hecho, ocurren de forma natural por diferentes mecanismos cuando las células se dividen o se reproducen, lo cual es una de las fuerzas que impulsa la evolución en los seres vivos.

Además de ocurrir naturalmente, los científicos descubrieron hace años que las mutaciones se podían inducir en el laboratorio. Esto se hace por medio de agentes mutágenos (generadores de mutaciones) físicos y químicos.

Las mutaciones inducidas, al igual que las naturales, ocurren de manera completamente aleatoria. Esto quiere decir que no podemos controlar qué gen ni cuál célula particular sufrirá una mutación, ni tampoco qué mutación en particular sufrirá.

Como consecuencia, cuando los biólogos quieren desarrollar una planta más resistente a las sequías para combatir el hambre mundial, por ejemplo, lo que suelen hacer es inducir mutaciones en millones y millones de células de esa planta, con la esperanza de que alguna de estas células contenga la mutación deseada. Luego, cuando la consiguen, reproducen esa célula hasta obtener una planta completa.

Como se mencionó anteriormente, existen dos clases principales de mutágenos, los físicos y los químicos.

Mutaciones inducidas por mutágenos físicos

El mutágeno físico más utilizado en el laboratorio para inducir mutaciones es la radiación ionizante. Esta tiene la capacidad de generar grandes cambios en el ADN tales como:

• Deleciones o eliminaciones de trozos completos de ADN o pedazos enteros de cromosomas.
• Inversiones de parte de la secuencia.
• Traslocaciones en las que un pedazo de un cromosoma se mueve a otro sitio diferente de su posición original.

Mutaciones inducidas por medio de mutágenos químicos

Los mutágenos químicos son sustancias químicas que reaccionan con el ADN o que interfieren en su replicación produciendo generalmente cambios puntuales en la secuencia. Muchas de las sustancias cancerígenas como algunos conservantes o colorantes artificiales son mutágenos químicos.

Transformación

Además de las mutaciones inducidas, los biótecnólogos e ingenieros genéticos también utilizan otras técnicas para modificar el ADN. Una de estas técnicas es la transformación, que consiste en el proceso en el cual una bacteria absorbe ADN de otra bacteria a través de su pared celular.

La transformación no solo la utilizan los científicos para producir bacterias con características genéticas especiales, sino que también es una de las formas como bacterias inofensivas o incluso beneficiosas como las que tenemos en el intestino se transforman en bacterias patogénicas capaces de enfermarnos.

Transfección

Cuando el proceso de transformación descrito anteriormente se lleva a cabo en los animales, entonces se denomina transfección. Es decir que la transfección es la forma como los biotecnólogos introducen ADN foráneo a células animales tales como células humanas.

Como las células animales no tienen la capacidad natural para absorber ADN del medio exterior, normalmente se lleva a cabo primero un proceso denominado electroporación, el cual genera unos poros grandes en la membrana celular por los cuales el ADN puede entrar.

Transducción

La transformación y la transfección son formas poco eficientes de introducir genes en una célula ya que el ADN se descompone fácilmente cuando está afuera de la célula. Por esta razón, cuando se desea alterar el código de un organismo, se suele aprovechar un sistema creado por la naturaleza justamente con esta finalidad: el virus.

Los virus son complejos moleculares grandes formados por proteínas y ADN o ARN. Existen muchos tipos diferentes de virus que actúan de formas distintas, pero el principio siempre es el mismo: al infectar una célula, el virus introduce su ADN para obligar a la maquinaria de la célula a reproducirlo y a traducirlo en más partículas virales.

La transducción, es un proceso de modificación genética que aprovecha esta particularidad de los virus, pero para introducir el ADN que los científicos quieren, en lugar del ADN del virus.

Utilizando distintas técnicas de biología molecular, los científicos obtienen el caparazón de un virus y le introducen el ADN que desean incluir en la célula. Luego, infectan a la célula con este “virus” modificado.

Vacunas contra el Coronavirus: Un ejemplo de modificación genética por transducción

Puede que parezca raro pensar que millones de personas han recibido terapia genética recientemente, pero esto es verdad en cierto modo. Esto se debe a que algunas de las vacunas que se aplicaron y que se siguen aplicando para combatir la enfermedad producida por el coronavirus SARS-CoV-2, la COVID-19, utilizan el principio de la transducción para modificar genéticamente las células del paciente.

Ejemplos de esto son las vacunas de vector viral como la vacuna Janssen, de Johnson and Johnson, y la CHADOX1 desarrollada entre la universidad de Oxford y la compañía AstraZeneca del Reino Unido. Esta vacuna se fabricó utilizando el cascarón de un virus de chimpancé en el cual se introdujeron los genes que producen las puyas de la corona del coronavirus.

Referencias

1. Asociación Española de Pediatría. (2020, 14 diciembre). Vacunas contra la covid de vectores virales: ChAdOx1 de la Universidad de Oxford y AstraZeneca. Recuperado de https://vacunasaep.org/profesionales/noticias/covid-vacunas-vector-viral-ChAdOx1-Oxford-AstraZeneca
2. International Atomic Energy Association, IAEA. (s. f.). Inducción de mutaciones en las plantas | OIEA. Recuperado de https://www.iaea.org/es/temas/induccion-de-mutaciones
3. MedlinePlus. (2021, 15 julio). Vacuna contra la COVID-19, vector viral (Janssen [Johnson and Johnson]): MedlinePlus medicinas. Recuperado de https://medlineplus.gov/spanish/druginfo/meds/a621007-es.html
4. Novak, F. J., & Brunner, H. (1992). Fitotecnia: Tecnología de mutación inducida para el mejoramiento de los cultivos. Boletín del OIEA, 25–33. Recuperado de https://www.iaea.org/sites/default/files/34405682533_es.pdf