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15.1: ¿Qué es la ingeniería genética?
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What is Genetic Engineering?
 
TRANSCRIPCIÓN

15.1: What is Genetic Engineering?

15.1: ¿Qué es la ingeniería genética?

Overview

Genetic engineering is the process of modifying an organism’s DNA to introduce new, desirable traits. Many organisms, from bacteria to plants and animals, have been genetically modified for academic, medical, agricultural, and industrial purposes. While genetic engineering has definite benefits, ethical concerns surround modifying humans and our food supply.

Scientists can Deliberately Modify an Organism’s Genome

Genetic engineering is possible because the genetic code—the way information is encoded by DNA—and the structure of DNA are universal among all life forms. As a result, an organism’s genetic code may be modified in several ways.

The nucleotide sequence may be selectively edited by using techniques such as the CRISPR/Cas9 system. Known as the "molecular scissors," the CRISPR/Cas9 system is an innate, prokaryotic immune response that has been co-opted for editing genetic information.

A gene may also be removed from an organism to create a “knockout,” or introduced to create a “knockin,” through a process called gene targeting. This method relies on homologous recombination—genetic exchange between DNA molecules that share an extended region with similar sequences—to modify an endogenous gene.

Scientists can also insert a gene from one organism into the genome of another, resulting in a transgenic organism. Generally, DNA combined from different sources is called recombinant DNA. The organism that receives that DNA is considered a genetically modified organism or GMO.

Genetic Engineering Impacts Human Health and Well-Being

Genome editing has significantly impacted scientific research, agriculture, industry, and medicine. Molecular biology research often inserts transgenes—foreign genes—into bacteria and viruses to study gene function and expression. Bacteria were the first organisms to be genetically engineered. Scientists introduced the human insulin gene to produce synthetic insulin that is used by people with diabetes.

A technique called gene therapy allows a new gene to be inserted into a person so that the protein it encodes can be expressed within their cells. Gene therapy provides a cure or treatment for some serious and otherwise untreatable genetic diseases. Scientists modified viruses to deliver new genes to host cells. These customized viruses can infect diseased cells and insert a correct copy of a defective gene, treating human disorders such as Severe Combined Immunodeficiency (SCID).

Although many gene therapy treatments use modified viruses, the CRISPR/Cas9 system has become an increasingly popular technique. The CRISPR/Cas9 system cuts DNA by using a guide—RNA sequences known as CRISPR—to direct the “molecular scissors”—an enzyme called Cas9—to specific sites in the genome. Scientists use this molecular tool to add, remove, or alter genetic material. CRISPR/Cas9 has been used in mouse models to correct errors in genes that are responsible for Duchenne muscular dystrophy, Hepatitis B, cataracts, and cardiovascular disease.

While genetic engineering can yield new treatments for diseases, it can also be used for other practical purposes. Transgenic goats have been developed that produce spider silk in their milk for industrial use. In agriculture, some plants have been genetically modified to improve characteristics such as nutritional content and pest resistance. Recent and future advances in genetic engineering will likely continue to impact both human health and well-being.

Ethical Concerns Regarding Genetic Engineering

Genetic engineering has great potential, but where do we draw the line? Scientists and society must answer this question. Human genome editing, especially in germline cells, is a major ethical concern. Most gene therapies modify somatic cells, so genetic changes only affect the individual. Changes to a person’s germline, however, are also inherited by their offspring.

In 2018, a scientist shocked the world when he allegedly created the first babies genetically modified with CRISPR. He attempted to make the twin baby girls resistant to HIV by introducing an unstudied germline mutation. His actions sparked outrage and concern as scientists and the public grappled with what this meant for humankind. It remains unclear how this will affect the girls’ health, their future offspring, or the population.

Another concern is the use of foreign genetic material to improve the food supply. Plants are the most common genetically modified food source, with 28 countries growing nearly 450 million acres of GM crops globally. While there is enormous potential to secure food supply for a growing world population, scientifically sound, long-term studies are needed to address the concerns of GMO critics.

Visión general

La ingeniería genética es el proceso de modificar el ADN de un organismo para introducir nuevos rasgos deseables. Muchos organismos, desde bacterias hasta plantas y animales, han sido modificados genéticamente con fines académicos, médicos, agrícolas e industriales. Si bien la ingeniería genética tiene beneficios definidos, las preocupaciones éticas rodean la modificación de los seres humanos y nuestro suministro de alimentos.

Los científicos pueden modificar deliberadamente el genoma de un organismo

La ingeniería genética es posible porque el código genético —la forma en que la información es codificada por el ADN— y la estructura del ADN son universales entre todas las formas de vida. Como resultado, el código genético de un organismo puede ser modificado de varias maneras.

La secuencia de nucleótidos puede editarse selectivamente mediante técnicas como el sistema CRISPR/Cas9. Conocido como las "tijeras moleculares", el sistema CRISPR/Cas9 es una respuesta inmune innata y procariótica que ha sido cooptado para editar información genética.

Un gen también puede ser eliminado de un organismo para crear un "knockout", o introducido para crear un "knockin", a través de un proceso llamado apuntamiento genético. Este método se basa en la recombinación homóloga (intercambio genético entre moléculas de ADN que comparten una región extendida con secuencias similares) para modificar un gen endógeno.

Los científicos también pueden insertar un gen de un organismo en el genoma de otro, lo que resulta en un organismo transgénico. Generalmente, el ADN combinado de diferentes fuentes se denomina ADN recombinante. El organismo que recibe ese ADN se considera un organismo modificado genéticamente o OMG.

La ingeniería genética afecta a la salud humana y al bienestar

La edición del genoma ha impactado significativamente en la investigación científica, la agricultura, la industria y la medicina. La investigación en biología molecular a menudo inserta transgenes (genes extraños) en bacterias y virus para estudiar la función y la expresión del gen. Las bacterias fueron los primeros organismos en ser genéticamente diseñados. Los científicos introdujeron el gen de la insulina humana para producir insulina sintética que es utilizada por las personas con diabetes.

Una técnica llamada terapia génica permite insertar un nuevo gen en una persona para que la proteína que codifica pueda expresarse dentro de sus células. La terapia génica proporciona una cura o tratamiento para algunas enfermedades genéticas graves y poco intratables. Los científicos modificaron los virus para entregar nuevos genes a las células huésped. Estos virus personalizados pueden infectar las células enfermas e insertar una copia correcta de un gen defectuoso, tratando trastornos humanos como la Inmunodeficiencia Combinada Severa (SCID).

Aunque muchos tratamientos de terapia génica utilizan virus modificados, el sistema CRISPR/Cas9 se ha convertido en una técnica cada vez más popular. El sistema CRISPR/Cas9 corta el ADN mediante el uso de una guía (secuencias de ARN conocidas como CRISPR) para dirigir las "tijeras moleculares", una enzima llamada Cas9, a sitios específicos del genoma. Los científicos utilizan esta herramienta molecular para agregar, eliminar o alterar material genético. CRISPR/Cas9 se ha utilizado en modelos de ratón para corregir errores en genes que son responsables de la distrofia muscular de Duchenne, Hepatitis B, cataratas y enfermedades cardiovasculares.

Mientras que la ingeniería genética puede producir nuevos tratamientos para enfermedades, también se puede utilizar para otros fines prácticos. Se han desarrollado cabras transgénicas que producen seda de araña en su leche para uso industrial. En la agricultura, algunas plantas han sido modificadas genéticamente para mejorar características como el contenido nutricional y la resistencia a las plagas. Es probable que los avances recientes y futuros en ingeniería genética sigan afectando tanto a la salud humana como al bienestar.

Preocupaciones éticas con respecto a la ingeniería genética

La ingeniería genética tiene un gran potencial, pero ¿dónde trazamos la línea? Los científicos y la sociedad deben responder a esta pregunta. La edición del genoma humano, especialmente en las células germinales, es una preocupación ética importante. La mayoría de las terapias génicas modifican las células somáticas, por lo que los cambios genéticos solo afectan al individuo. Sin embargo, los cambios en la línea germinal de una persona también son heredados por su descendencia.

En 2018, un científico conmocionó al mundo cuando supuestamente creó los primeros bebés genéticamente modificados con CRISPR. Intentó hacer que las niñas gemelas se resistan al VIH introduciendo una mutación germinal no estudiada. Sus acciones desataron indignación y preocupación a medida que los científicos y el público se enfrentaban a lo que esto significaba para la humanidad. No está claro cómo afectará esto a la salud de las niñas, a su futura descendencia o a la población.

Otra preocupación es el uso de material genético extranjero para mejorar el suministro de alimentos. Las plantas son la fuente de alimentos modificada genéticamente más común, con 28 países que cultivan casi 450 millones de acres de cultivos modificados genéticamente en todo el mundo. Si bien existe un enorme potencial para asegurar el suministro de alimentos para una población mundial en crecimiento, se necesitan estudios científicamente sólidos y a largo plazo para abordar las preocupaciones de los críticos de OMG.


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