Facultad de Ciencias Agronómicas
Publicación del Departamento de Producción Animal
Universidad de Chile

Publicación Técnico Ganadera
ISSN 0716-7350 - Año 1999 - Nº 25
 

TRANSGÉNESIS EN ANIMALES DOMÉSTICOS

Ing. Agr. Jean Paul Lhorente

La biotecnología ha sido una herramienta muy poderosa que se ha utilizado en los últimos 20 años para mejorar la eficiencia productiva en vegetales, animales y microorganismos. Se entiende por biotecnología la manipulación de células vivas y sus componentes a través de distintas técnicas y procedimientos.

La ingenería genética constituye una de las ramas más importantes dentro de las técnicas biotecnológicas, cuyas métodos permiten manipular el material genético a nivel celular (ADN).

El ADN (ácido desoxirribonucleico) constituye un compuesto esencial para la vida, ya que regula las funciones básicas de los seres vivos. Se sitúa normalmente dentro del núcleo de las células, aunque tambien es posible encontrarlo a nivel citoplasmático en bacterias (plasmidos). Contiene el material genético o genes, trozo de ADN con secuencia de bases específica, que permiten y regulan la síntesis de una serie de proteínas que van a conformar parte estructural (por ejemplo, músculo o proteinas lácteas) o parte de enzimas y hormonas, las cuales regulan el metabolismo tanto a nivel celular como general. Al momento de la reproducción este ADN se transmite a la decendencia a través de los gametos (óvulos y espermios), los cuales contienen la mitad de los genes de cada padre, y que confluyen finalmente en el embrión formado al producirse la fecundación de gametos.

Los primeros avances logrados en técnicas de ingenería genética se refirieron al manejo de ADN recombinante (portador de la información genética), construcción de plásmidos (ADN circular citoplasmático) y técnicas asociadas como la manipulación de embriones y cultivo de tejidos. Actualmente es perfectamente posible aislar ADN, fragmentarlo en lugares específicos, introducir un trozo de él (un gen) en vectores o vehículos para transportarlo de un individuo a otro (de la misma o de diferente especie) y obtener múltiples copias de un gen a través del proceso de clonación del ADN.

Entre estas técnicas la Transgénesis es una de las que mayormente se ha implementado en la actualidad. Esta consiste en la transferencia de genes foráneos al ADN celular de un organismo vivo (patrimonio genético individual o genoma) o al contrario reemplazar un gen endógeno por otro gen. Estos pueden ser construidos, modificados o corresponder a genes naturales perteneciente a una especie que sintetizan para una proteína deseada.

La mayor flexibilidad existente en la manipulación de células vegetales en relación a células animales, ha permitido lograr avances más espectaculares en plantas que en animales, en lo que se refiere al perfeccionamiento y éxito de las técnicas aplicadas. Entre los logros obtenidos se pueden indicar la amplia producción de variedades, como por ejemplo lo es el trigo resistente a enfermedades fungosas y virosas.

La transgénesis animal comenzó a desarrollarse 17 años atrás. Experiencias exitosas en la obtención de animales transgénicos han sido logradas en una frecuencia mucho menor en comparación con las plantas, y sólo aparecen lentamente, dada la mayor complejidad de las funciones biológicas y manejo de células animales in vitro o in vivo, así como la identificación de genes candidatos a ser transferidos. Sin embargo, se han obtenido logros importantes, que permiten creer que la transgénesis será una práctica más frecuente en el corto a mediano plazo.

Técnicas de transgénesis

Una proteína puede ser producida a partir de un gen foráneo por bacterias, levaduras, células animales en cultivo o animales transgénicos Un gen puede ser introducido in vivo a células somáticas únicas, tratamiento denominando terapia génica, que produce tejidos transgénicos con alguna nueva función o propiedad, o puede ser incorporado a células germinales (embrionales), de donde se obtiene un animal transgénico propiamente tal. Las técnicas aplicadas en Transgénesis se describen a continuación:

1. ADN-Recombinante: Esta consiste en la incorporación de un gen foráneo cualquiera a plásmidos bacteriales (ADN circular citoplasmático) el cual se incorpora posteriormente al ciclo normal de replicación del ADN nuclear. De esta forma hoy en día se produce en forma industrial insulina de uso humano a partir de bacterias (E. Coli), lo que es posible al introducir el gen humano que codifica para síntesis de la insulina a nivel del plásmido bacterial, el cual posteriormente se incorpora normalmente al ADN nuclear y permite la síntesis proteica.

2. Espermatozoides vectores:La utilización de espermatozoides en solución de ADN como vehículo de genes al interior de los óvulos ha permitido obtener animales transgénicos. Se han realizado varias experiencias, que han sido evaluadas en pollos, peces, bovinos y porcinos, con resultados pobres traducidos en tasas de transgénesis bajas y donde los transgenes (genes incorporados) han sufrido modificaciones severas en su estructura (secuencia de bases específica para la síntesis de la proteína). No obstante, esta técnica ha dado buenos resultados en ovinos, con mayores rendimientos en la cantidad de embriones transgénicos obtenidos y sin modificaciones aparentes en la estructura de los genes.

Experiencias recientes sugieren nuevas estrategias en el uso de espermios y sus precursores (espermátidas) para la creación de animales transgénicos. Recientemente se ha demostrado que las células precursoras de espermatozoides aisladas desde testículos de ratón pueden finalizar su maduración en testículos de otros individuos de la misma especie y lograr funcionalidad completa. Por otra parte, ha sido posible realizar una fecundación exitosa in vitro inyectando espermátidas en el citoplasma de ovocitos (óvulos). Estas experiencias sugieren nuevas estrategias en el uso de espermatozoides y sus precursores para la creación de animales transgénicos, como son la transferencia de genes mediante la técnica de recombinación mientras se cultivan las células precursoras, y posterior fecundación.

3.- Microinyección de ADN: La técnica de transferencia de genes más utilizada en mamíferos y que ha sido más exitosa es la microinyección directa de "ADN desnudo" en los pronúcleos del óvulo recién fecundado (al estado de una célula), o en el citoplasma en el caso de vertebrados inferiores e invertebrados. Los embriones pueden tolerar la microinyección de genes, posteriormente ser cultivados in vitro hasta un estado de desarrollo más avanzado (blastocisto) y ser transferidos en las hembras adoptivas. Los primeros individuos transgénicos obtenidos mediante este método fue en ratones. La eficiencia inicial obtenida fue de 2 % de integración génica obtenida en el total de embriones tratados, la que posteriormente ha aumentado a niveles sobre el 30 %. La obtención de embriones transgénicos mediante esta técnica también ha sido lograda en vacunos, ovejas, cabras, conejos y cerdos, pero con eficiencias bastante menores a las cifras señaladas en ratones, y por lo tanto a un costo muy alto.Esta situación debe ser mejorada en el tiempo mediante el perfeccionamiento de la técnica.

4.-Vectores virales: Utilizando el alto poder de infección de algunos virus (por ejemplo, los adenovirus), éstos pueden actuar como vectores al introducir genes dentro de embriones. Esta estrategia ha sido probada con resultados interesantes principalmente en humanos y en algunas experiencias con embriones de ratón, y aves. En el futuro podría constituir una alternativa interesante en animales domésticos.

Aplicaciones de la Transgénesis

La posibilidad de modificar el genoma a partir de la introducción, inactivación, retiro o reemplazo de genes en un animal, ofrece posibilidades sin precedente tanto a nivel de investigación como a nivel productivo.

Los animales transgénicos se han vuelto instrumentos muy útiles para estudiar el funcionamiento de los genes y los mecanismos que gobiernan o controlan las funciones biológicas. Los institutos de investigación hoy en día están siendo fuertemente requeridos por la industria farmacéutica para obtener modelos animales destinados a realizar estudios biomédicos, fabricar "proteínas recombinantes" para distintos usos, y a intentar modificar órganos de cerdo destinados para trasplantes o injertos en el hombre.

En la actualidad la investigación en transgénesis aplicada a la producción animal esta siendo abordada en tres temas principales: a) modificación de la calidad de la leche a través de incorporación de proteínas foráneas, b) mejoramiento de respuesta inmunitaria a ciertas enfermedades, y c) el mejoramiento de ciertas funciones biológicas de importancia (por ejemplo, la reproducción y el crecimiento muscular). Sin embargo, cabe señalar que muchas de éstas investigaciones están en su fase inicial, donde los resultados obtenidos se han probado esencialmente con animales en condiciones de laboratorio (ratones principalmente) .

Aplicaciones en control de enfermedades

El control de enfermedades en producción animal se ha realizado tradicionalmente mediante erradicación, vacunación y selección genética. El uso de algunas técnicas de ingeniería genética aplicada, tales como las vacunaciones tradicionales y la vacunación directa con ADN desnudo, parecen ser alternativas interesantes.

Vacunaciones tradicionales: Proteínas fabricadas por transgénesis en células apropiadas (bacterias, levaduras, plantas o células animales) para un antígeno específico, que se define como cuerpo extraño que produce una respuesta inmunitaria específica en el organismo infectado a través de generación de anticuerpos específicos, pueden llevar a la obtención de vacunas eficaces, perfectamente seguras, de fácil producción y muy bajo costo. Observaciones recientes han demostrado que extractos de plantas transgénicas o de la planta entera, sintetizan un antígeno viral que puede ser ingerido vía oral y ser capaz de inducir la formación de anticuerpos para el virus, que han entregado cierta inmunidad en ratones.

Vacunación con ADN desnudo: La microinyección de ADN en solución a tejidos animales tiene como objetivo inducir la formación directa de anticuerpos específicos para cierto patógeno. Algunas experiencias se han realizado sólo en animales de laboratorio, y deben solucionarse algunos problemas tales como la estandarización de la técnica y la localización precisa del ADN en los tejidos de interés, ya que la contaminación de tejidos destinados al consumo humano podría causar efectos negativos no controlados en el consumidor y disminuir, por lo tanto la calidad y valor del producto comercializado.

 

Modificación de la leche para consumo humano.

La leche aporta cerca del 30% de las proteínas consumidas en los países desarrollados. Por esta razón, la lactancia ha sido desde largo tiempo objeto de diversos estudio en el campo de genética, fisiología, nutrición y aspectos de patología, que en su conjunto tienden a aumentar la producción y calidad de la leche.

En los últimos años el perfeccionamiento de las técnicas de ingeniería genética han permitido aislar los genes de las principales proteínas de la leche de animales domésticos, lo que abre perspectivas importantes en producción de leche. El conocimiento detallado de los genes de las proteínas lácteas permitirán de hoy en adelante una selección precisa y relativamente simple de los alelos que sean más interesantes. La posibilidad de reproducir una proteína foránea en la leche ha conducido ya a la generación de proyectos que están en marcha en temas tales como la modificación de los compuestos naturales de la leche, adición de nuevos compuestos en la leche destinada a consumo humano o animal, y producción de proteínas de interés farmacéutico.

La supresión de la síntesis de lactosa de la leche es de gran interés para un segmento importante de la población que es intolerante a este monosacárido, sin embargo, hasta la fecha sólo se ha logrado en ratones. Un aumento en la secreción de proteínas del tipo de las caseínas sería una condición deseable en la leche para mejorar la elaboración y rendimiento de quesos a nivel industrial. En este sentido, ya ha sido posible aumentar su producción en leche de conejo y reproducir las caseínas de vaca y cabras en ratones.

La lactoferrina es una proteína capaz de captar fierro. Por tal condición constituye una fuente importante de este metal para los lactantes, como también realiza un control bacteriano importante a nivel de la glándula mamaria. La incorporación de la proteína lactoferrina humana ya ha sido obtenida en leche de vacas transgénicas, y también ha sido posible clonarla exitosamente en conejos. Su inclusión en la leche de vacunos y cerdos podría bajar los aportes de fierro en la dieta como de reducir la incidencia de mastitis.

La producción de proteínas de interés farmacéutico a partir de individuos transgénicos, es una alternativa tremendamente interesante para esta industria, ya que se requieren sólo unos pocos animales para tales efectos y cuyo costo de producción se estima es cerca de cincuenta veces menor que los métodos clásicos de producción de tales compuestos. Cerca de 50 proteínas foráneas para uso humano, tales como del tipo caseína, lactoalbúminas y de proteínas que participan en la coagulación sanguínea, entre otras, se han producido a partir de la leche de conejos, cerdas y cabras transgénicas. Sin embargo, aun no han sido comercializadas porque no son completamente funcionales y se espera que el mayor perfeccionamiento de las técnicas de transgénesis aplicadas a distintas especies permitan que esta estrategia de producción sea una realidad para la industria farmacéutica.

Mejoramiento genético por transgénesis

El desarrollo y utilización de marcadores genéticos, que son trozos de ADN con secuencia de bases conocidas que permiten ubicar determinados genes, se ha transformado en una poderosa herramienta para identificar distintos genes a nivel del genoma, lo que entrega en la actualidad la posibilidad de detectar genes responsables de efectos biológicos deseados. En la práctica, los marcadores genéticos son ampliamente utilizados en diversas especies domésticas y en el campo de la medicina, y constituyen una poderosa herramienta para detectar genes.

El conocimiento de la ubicación precisa de un gen y conocimiento de sus efectos fisiológicos, permitiría aislarlo y transferirlo a otros animales de la misma especie u otra para mejorar su respuesta productiva. Ejemplos de esta situación se encuentran en salmones, donde se aisló y transfirió el gen responsable de la síntesis de la hormona del crecimiento en los mismos individuos de salmón coho, lográndose individuos transgénicos que en promedio crecieron un 20 a 30 % más que los individuos normales.

Cabe señalar no obstante, que la identificación de genes mediante marcadores genéticos es un trabajo laborioso y muy lento, por lo que el uso de esta técnica progresará lentamente en el campo del mejoramiento genético. Por otra parte, debe ser considerada como una estrategia complementaria a los métodos de reproducción y mejoramiento genético aplicados tradicionalmente, ya que estos logran progresos constantes en el tiempo.

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Circular de Extensión (Publicación Técnica Ganadera) AÑO 1999 - Nº 25

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