Embriones transgénicos viables que han recibido un fragmento de ADN exógeno

José Antonio López Guerrero, del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa y autor del libro ¿Qué es un transgénico? (Sirius, 2003), analiza para El Cultural las características y el proceso de un organismo transgénico. López Guerrero, que participa en el ciclo Vive la Ciencia organizado por la Fundación BBVA y el CSIC sobre biotecnología, explica también en qué consiste y cómo se desarrolla la transgenización en plantas.

En términos generales, se denominan transgénicos a aquellos organismos que portan en su genoma fragmentos de ADN exógeno que, en muchos casos, pertenecen a especies muy distintas a la del organismo receptor. Desde un punto de vista molecular, la transgenización de animales o plantas, y por tanto de alimentos, es análoga. En ambos casos tenemos que conseguir la inserción del gen o fragmento de ADN deseado en el cromosoma celular. Obviamente, el procedimiento para conseguir nuestro fin variará dependiendo de si se trata de una especie animal o vegetal.

Transgenización en animales
Aunque en la actualidad siguen desarrollándose nuevos procedimientos de transferencia de ADN exógeno, la microinyección de huevos recién fecundados sigue siendo el más empleado. Mediante técnicas de biología molecular debemos caracterizar, amplificar y purificar el fragmento de ADN que queremos insertar en el organismo a transgenizar. Para ello, la técnica de la reacción de la polimerasa en cadena (PCR) es fundamental. Por otro lado y mediante el uso de diferentes hormonas análogas a la FSH o LH humanas, conseguimos que una hembra superovule y pase a producir hasta cuatro veces más óvulos viables. Como ya se ha indicado, la técnica de transferencia génica más utilizada es la microinyección. Para ello, horas después de la cópula, se extraen los huevos recién fecundados que todavía contienen los pronúcleos pertenecientes al óvulo y al espermatozoide visibles. Con la ayuda de agujas ultrafinas se microinyecta en el pronúcleo masculino, de mayor tamaño, el fragmento de ADN purificado. Esta técnica produce la inserción al azar del transgén. Si necesitamos mayor precisión de inserción, el método a emplear se basa en células embrionarias procedentes de un blastocisto de varios días post-coito. Estas células pluripotenciales, denominadas células ES (del inglés Embryonic Stem cells), pueden ser cultivadas y transfectadas para conseguir la recombinación homóloga y precisa del fragmento exógeno de ADN. Una vez finalizada la manipulación, estas células ES son insertadas de nuevo en la cavidad del blastocele de un blastocisto distinto al de su procedencia. Estas células acabarán siendo absorbidas y pasarán a formar parte del denominado blastocisto quimera (con células derivadas de animales distintos, pero de la misma especie).

Cualquiera que haya sido el método de transferencia génica empleado, el embrión manipulado es introducido en una hembra pseudopreñada, tras el cruce con un macho vasectomizado, y capaz de aceptar la implantación de los embriones en su útero. Tras el nacimiento de la progenie, y dependiendo de la modificación genética realizada, la caracterización del posible transgénico puede realizarse por múltiples técnicas, incluyendo biología molecular, inmunobioquímica o mediante observación directa del desarrollo o de la conducta del animal. Finalmente, y aunque en un principio podríamos obtener un animal híbrido, mosaico o quimera, con células de diferentes orígenes o con el fragmento de ADN no presente en todas las células del organismo, si el inserto está presente en la línea celular germinal, el nuevo organismo transgénico podrá perpetuarse.

Transgenización en plantas
Gracias al amplio poder regenerativo que tiene la mayoría de las plantas, no suele ser necesario insertar el fragmento de ADN en la línea germinal. De una célula somática se podrá regenerar, mediante organogénesis, una planta completa. Para producir una planta transgénica hacen falta dos procesos básicos. Por una parte, mediante transformación genética podremos insertar nuestro fragmento exógeno en, al menos, una célula. Posteriormente, se podrá regenerar a partir de esa célula transformada una planta entera. Existen diferentes métodos para transferir el material genético a la célula vegetal: electroporación (pulsos eléctricos que abren poros en la superficie celular), disparador de partículas (pistolas génicas que disparan esférulas de oro o tungsteno de una micra de diámetro revestidas con el material a insertar), transposones (genes saltarines, aunque se está en una fase muy preliminar) o, lo que constituye la técnica más utilizada en la actualidad, transferencia génica desde la bacteria Agrobacterium tumefaciens.

Este microorganismo del suelo es capaz de infectar más de 300 géneros de dicotiledóneas. Contiene un plásmido con capacidad de inducir tumores en plantas denominado plásmido Ti que, a su vez, contiene un fragmento de ADN, ADN-T, que puede integrarse al azar en el genoma de la célula vegetal infectada. Para transgenizar una planta construimos un Vector binario. Por una parte elaboramos un plásmido con el fragmento de ADN que queremos insertar en el genoma vegetal, los elementos del ADN-T implicados en transferencia a la planta y secuencias específicas para poder manipular y crecer dicho plásmido en bacterias de uso rutinario en el laboratorio, como Escherichia coli. Además, dispondremos del plásmido Ti, modificado convenientemente para que colabore con la transferencia del fragmento deseado, pero sin causar daño a la planta. Con estas construcciones en su interior, A. tumefaciens puede infectar trozos de hojas recientemente cortados. Una vez supongamos insertado el ADN adecuado en el genoma de las células vegetales, podremos cultivarlas en medio semisólido antes de pasarlas a un medio de cultivo diseñado para inducir la producción de brotes. Los brotes transgénicos seleccionados convenientemente se transfieren a un medio inductor de raíces y de ahí al suelo hasta regenerar una planta transgénica completa y sana. Como ya he indicado, existen métodos alternativos para la modificación genética de aquellos casos donde A. tumefaciens no es efectiva.

Enfermedades y terapias
Durante el proceso de transgenización se debe recurrir y dominar un gran número de disciplinas y áreas de investigación, como la biología molecular, bioquímica, biología celular, virología, inmunología o, incluso, fisiología y cirugía. Por ello, el desarrollo de dicha técnica es relativamente reciente. Entre las aplicaciones más importantes de la manipulación genética de seres vivos caben destacar el estudio de las bases genéticas de enfermedades y el diseño de posibles terapias. En este sentido, se han elaborado ratones transgénicos con mutación en la proteína APP que desencadena la aparición de las placas beta-amiloides, lo que puede constituir un modelo válido para el estudio de la enfermedad de Alzheimer. Igualmente se disponen de modelos murinos para el estudio de la diabetes insulino-dependiente o de la esclerosis múltiple. También se pueden utilizar animales transgénicos como modelos en investigación de infecciones víricas, como VIH o poliomielitis; terapia génica (ratones con deficiencias metabólicas tratados con retrovirus recombinantes); diseños biotecnológicos en industrias agropecuarias, como la posibilidad de elaborar bóvidos u óvidos que producen leche con proteínas humanas.

Finalmente, también se pueden elaborar mediante esta técnica modelos para analizar los efectos de la modulación, activación o supresión de la expresión génica. En cualquier caso, la transgenización hace disminuir el número de animales requerido para obtener resultados significativos en investigación.

En cuanto a la transgenización de plantas, basta indicar que en la actualidad, y a pesar de las recientes prohibiciones por parte de algunos gobiernos, como el brasileño, existen más de 44 millones de hectáreas con cultivos transgénicos, siendo la soja, con casi el 60% del total, el producto más elaborado en este sentido, seguido por maíz, algodón y colza.