Modificaciones (genética)

La mutación puede definirse con mayor precisión como cualquier cambio no combinatorio en el fenotipo que puede heredarse consistentemente de padres a hijos a lo largo de generaciones. ^{[ 1 ]} Las mutaciones pueden atribuirse a muchos factores y presentarse en numerosas formas diferentes. Sin embargo, en su mayoría se deben a errores que ocurren durante la replicación del ADN o la exposición a factores externos. ^{[ 4 ]} Aunque los procesos celulares son altamente eficientes, no son perfectos, lo que causa disparidades entre organismos de la misma especie. ^{[ 4 ]} Estas disparidades pueden crear muchos efectos fenotípicos diferentes de todas las intensidades, que van desde ningún impacto observable hasta la posible inviabilidad. ^{[ 4 ]} Debido a condiciones ambientales como el clima, la dieta, los niveles de oxígeno, los ciclos de luz y los mutágenos o sustancias químicas que están fuertemente relacionados con la susceptibilidad a las enfermedades, la expresión génica puede variar. ^{[ 5 ] [ 6 ]} El momento y la duración de la exposición a dichos elementos es un factor crítico, ya que puede afectar significativamente la respuesta fenotípica de un organismo, generalmente aumentando la gravedad con el tiempo. ^{[ 7 ]}

Métodos:

Existen varios métodos o formas de mutación , incluyendo la mutación espontánea, los errores durante la replicación y reparación, así como la mutación debida a efectos ambientales. ^{[ 8 ]} Estos orígenes de las mutaciones pueden causar muchos tipos diferentes de mutaciones que influyen en la expresión génica a gran y pequeña escala. ^{[ 8 ]}

La ingeniería genética es un tipo de modificación genética intencional que utiliza la biotecnología para alterar el genoma de un organismo. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), los organismos genéticamente modificados se definen como "organismos (es decir, plantas, animales o microorganismos) cuyo material genético (ADN) ha sido alterado de una manera que no ocurre naturalmente por apareamiento y/o recombinación natural". ^{[ 9 ]} Este tipo de modificación puede implicar inserciones o deleciones de bases de ADN en el código genético existente . ^{[ 10 ]} En la metodología biotecnológica, se utilizan cuatro pasos para crear un organismo genéticamente modificado (OGM). ^{[ 11 ]}

1. 1. Identificar
      1. Los investigadores identifican un rasgo de interés generalmente basado en el deseo de resolver un problema. ^{[ 11 ]}
   2. Aislar
      1. Los investigadores determinaron la secuencia del rasgo específico comparando los genomas de organismos dentro de la misma especie, con y sin el rasgo. ^{[ 11 ]}
   3. Insertar
      1. A continuación, utilizan la(s) secuencia(s) y varias enzimas para insertar los genes del rasgo en un vector plasmídico , que luego puede insertarse en bacterias para propagar el gen preferido. ^{[ 11 ]}
   4. Crecer
      1. Una señal de la creación de un OMG exitoso es el crecimiento y la replicación con el genoma recién editado sin perjuicios para el organismo debido a la nueva modificación. ^{[ 11 ]}

Métodos:

Los métodos CRISPR son un tipo de edición genómica muy utilizado . ^{[ 12 ]} CRISPR, acrónimo de «Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas», permite a los científicos modificar manualmente la expresión génica, corrigiendo errores o creando nuevas variaciones. ^{[ 12 ]} Desde 2012, los científicos han trabajado en el desarrollo de esta tecnología, que ofrece la posibilidad de curar enfermedades genéticas y modificar genéticamente rasgos para que sean más deseables, alterando el ADN con un alto grado de precisión. ^{[ 13 ]}

El diente de león : La mayoría de los dientes de león tienen tallos largos, pero un aumento en las amenazas potenciales en su entorno ha provocado que la longitud promedio del tallo disminuya en ciertas especies, lo que les permite evitar mejor dichas amenazas. ^{[ 14 ]} Esta adaptación fue posible debido a una mutación que ocurrió en un individuo de tallo más corto, el cual fue seleccionado por presiones ambientales. ^{[ 15 ]} Debido a que los dientes de león de tallo más corto tenían mayor aptitud que los de tallo largo y podían sobrevivir con mayor frecuencia, la frecuencia genética de la población se alteró, modificándose genéticamente a través de la aparición original de una mutación. ^{[ 15 ]}

Enfermedad de células falciformes : En un individuo sano, el gen HBB es responsable de codificar la hemoglobina, que transporta oxígeno por todo el cuerpo. ^{[ 16 ]} Sin embargo, cuando una persona padece esta enfermedad debido a la herencia de dos copias mutadas del gen HBB por una mutación puntual de un par de bases , sus glóbulos rojos tienen una forma diferente. ^{[ 16 ]} Esta forma alterada produce obstrucciones en el flujo sanguíneo con graves consecuencias para la salud. ^{[ 16 ]} Por otro lado, quienes heredan solo una copia mutada de este gen tienen mayor protección contra la malaria . ^{[ 17 ]}

Enfermedad de Alzheimer : En un experimento sintético de laboratorio, los científicos aislaron el gen de la proteína precursora amiloide (APP), conocida por su papel en la enfermedad de Alzheimer en humanos, y lo introdujeron en las células nerviosas de gusanos. ^{[ 10 ]} Con este método, los científicos estudiaron la progresión de la enfermedad de Alzheimer en este organismo simple marcando la proteína APP con proteína fluorescente verde, lo que les permitió visualizar mejor el gen a medida que el gusano envejecía. ^{[ 10 ]} Gracias a lo aprendido en la experimentación con el gusano y el gen APP, los científicos comprendieron mejor el papel de este gen en la aparición de la enfermedad de Alzheimer en humanos. ^{[ 10 ]}

Insulina : El primer uso de bacterias genéticamente modificadas fue para la insulina médica que los diabéticos necesitan para controlar médicamente su azúcar en sangre. ^{[ 18 ]} A través de los siguientes pasos, los científicos pueden diseñar genéticamente un producto médico del que dependen millones de personas en todo el mundo: ^{[ 10 ]}

1. Se extrae un pequeño fragmento de ADN de una forma circular de ADN bacteriano o de levadura llamada plásmido. Un científico extraerá este ADN utilizando enzimas de restricción específicas.
2. Luego, un científico insertará el gen humano de la insulina en el espacio que dejó el ADN extraído. Este plásmido se considera ahora una entidad genéticamente modificada.
3. La entidad modificada genéticamente se reintroduce en una nueva célula bacteriana o de levadura.
4. Posteriormente, esta célula sufrirá mitosis y se dividirá rápidamente, produciendo insulina adecuada para las necesidades humanas.
5. Los científicos cultivan las bacterias o levaduras genéticamente modificadas en grandes recipientes de fermentación, que contienen todos los nutrientes necesarios y permiten cultivar grandes cantidades de insulina.
6. Una vez finalizada la fermentación, la mezcla se filtra para obtener la insulina final.
7. Posteriormente, la insulina se purifica y se envasa en frascos y plumas de insulina para su distribución a pacientes con diabetes.

En abril de 2015, se utilizó tecnología de edición genética en embriones humanos y el debate sobre la ética de tales acciones ha persistido desde entonces. ^{[ 22 ]} No obstante, científicos y legisladores coinciden en que las deliberaciones públicas deben decidir la legalidad de la edición del genoma de la línea germinal. ^{[ 23 ]} Modificar el ADN no hereditario de una persona con el objetivo de mejorar su condición médica es generalmente aceptado y cuenta con una gran cantidad de protocolos éticos que supervisan dichos procedimientos. ^{[ 19 ]} Esto incluye modificaciones como la donación de órganos, los trasplantes de médula ósea y ciertos tipos de terapias génicas, todas las cuales consideran valores culturales y religiosos. ^{[ 19 ]} Por otro lado, existe controversia en torno a la modificación genética hereditaria, ejemplificada por el hecho de que 19 países han prohibido este tipo de modificación genética. ^{[ 19 ]} Para quienes creen que la viabilidad de un embrión humano es equivalente a la de un adulto, la edición del genoma en el desarrollo temprano que ocurre en el momento de la fertilización o inmediatamente después plantea preocupaciones morales. ^{[ 13 ]} Para mitigar estas preocupaciones, los estudios que utilizan embriones humanos han empleado embriones sobrantes de tratamientos de FIV . ^{[ 13 ]} Los científicos también han sugerido crear cigotos fertilizados a partir de esperma y óvulos donados exclusivamente con fines de investigación. ^{[ 13 ]} Sin embargo, esto plantea una preocupación ética adicional dentro de la comunidad científica sobre el concepto de un cigoto creado únicamente para ser utilizado en experimentación. ^{[ 13 ]}

El debate también rodea a los alimentos genéticamente modificados en términos de los controvertidos efectos sobre la salud y el medio ambiente que pueden tener en diversas escalas de tiempo. ^{[ 24 ]} Se han implementado regulaciones para la aprobación de alimentos genéticamente modificados para reducir cierta incertidumbre que aún persiste en este campo. ^{[ 25 ]} Las razones a favor del desarrollo de alimentos genéticamente modificados incluyen satisfacer las demandas de la población humana que crece exponencialmente, sustituir la disminución de tierras cultivables y abordar la disminución de la diversidad genética que limita la posible mejora de las especies. ^{[ 24 ]} Los beneficios adicionales incluyen una mayor tolerancia a los herbicidas, una mayor resistencia a plagas y bacterias/hongos/virus, una mayor tolerancia al estrés y un mayor contenido de nutrientes dentro del organismo. ^{[ 26 ]} La biotecnología de la ingeniería genética brinda la oportunidad de lograr la seguridad alimentaria mundial al abordar estos problemas e impactar positivamente la economía de la producción de alimentos. ^{[ 24 ]} También se están investigando los posibles riesgos para la salud y existen requisitos para que se aclare la seguridad de los alimentos genéticamente modificados antes de que sean consumidos por el público. También se consideran las consecuencias ambientales debido a las alteraciones en la red trófica cuando estos organismos se incorporan a un ecosistema previamente equilibrado. ^{[ 24 ]} Dado que la modificación genética es tan rápida, el medio ambiente podría no ser capaz de adaptarse e integrar el nuevo organismo en el ecosistema, o podría tener efectos no deseados en su entorno. ^{[ 26 ]} Otros impactos en el medio ambiente incluyen el flujo genético no natural, la modificación de la química del suelo y del agua, y la reducción de la diversidad de especies. ^{[ 25 ]}