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15.4: Organismos transgénicos
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Transgenic Organisms
 
TRANSCRIPCIÓN

15.4: Transgenic Organisms

15.4: Organismos transgénicos

Overview

Transgenic organisms are genetically engineered to carry transgenes—genes from a different species—as part of their genome. The transgene may either be a different version of one of the organism’s genes or a gene that does not exist in their genome. Transgenes are usually generated by recombinant DNA and DNA cloning techniques. Transgenic bacteria, plants, and animals allow scientists to address biological queries and design practical solutions.

Creating a Transgenic Organism

Scientists begin the process of transgenesis—introducing a transgene into an organism’s genome—by selecting an appropriate technique. There are several biological, chemical, and physical methods of transgenesis. A common biological method involves the virus-mediated introduction of foreign DNA into a host cell genome, called transduction. A popular chemical method uses calcium phosphate (Ca3(PO4)2). The method is based on the formation of a Ca3(PO4)2/DNA precipitate to facilitate DNA binding to and entering cells. Physical methods such as microinjection—a technique that uses a thin, glass needle to manually insert genetic material into cells—artificially introduce DNA by force.

Once inside the cell, a transgene can either integrate randomly or at a specific site in the genome with the help of DNA repair enzymes (i.e., recombination). These transgenic cells then multiply and replicate the transgene as part of their genome, stably expressing the researcher’s gene of interest. A transgene may not integrate into the genome, and hence induce only transient expression of the researcher’s gene of interest. Usually, a selectable marker (e.g., antibiotic resistance gene) or a reporter gene (e.g., GFP) are included along with the gene of interest, so that cells with successful transgene integration can be identified.

Transgenes Can Be Introduced into Animals and Plants

In animals, the transgene is typically inserted into an early-stage, fertilized egg by microinjection. The hope is that the transgene will integrate into the germ cells—reproductive precursor cells that become gametes (i.e., egg or sperm)—so that it will express in all of the developing organism’s cells. Furthermore, germline integration is heritable, meaning the transgene can be passed down through generations by breeding. The transgenic animals are backcrossed—the offspring are mated with the parent—to create lines of animals that are homozygous for the transgene.

Plant transgenesis routinely uses a biological method, such as bacterial vector delivery, to introduce foreign DNA into cells. Rhizobium radiobacter (formerly known as Agrobacterium tumefaciens) is a soil-dwelling, pathogenic bacterium that can infect plants and integrate its plasmid DNA into the plant’s genome. Scientists have modified R. radiobacter so that the plasmid DNA can carry a transgene. Plant tissue samples are cultured with R. radiobacter to allow for infection and the integration of the transgene. These tissues are further cultured on selective media that induce shoot and root growth until the nascent plant can be transferred to soil. These transgenic plants are backcrossed to create lines of high yield, transgenic plants.

Practical Uses of Transgenic Organisms

Transgenic organisms have many applications in agriculture, science, industry, and medicine. For example, transgenic plants have been produced that are insect-resistant to increase yield and reduce the use of pesticides (e.g., Bt corn); bacteria have been engineered for use in biomedical research and to produce biofuels; and transgenic animals have been used to manufacture medicines—such as human proteins—and to create models of human disease. Scientists leverage the power of transgenic plants, bacteria, and animals to research gene expression, create desired gene products, or promote valuable traits.

Visión general

Los organismos transgénicos están genéticamente diseñados para transportar transgenes (genes de una especie diferente) como parte de su genoma. El transgén puede ser una versión diferente de uno de los genes del organismo o un gen que no existe en su genoma. Los transgenes generalmente se generan mediante técnicas de clonación de ADN y ADN recombinantes. Las bacterias, plantas y animales transgénicos permiten a los científicos abordar consultas biológicas y diseñar soluciones prácticas.

Creación de un organismo transgénico

Los científicos comienzan el proceso de transgénesis —introduciendo un transgén en el genoma de un organismo— seleccionando una técnica adecuada. Existen varios métodos biológicos, químicos y físicos de transgénesis. Un método biológico común consiste en la introducción mediada por el virus de ADN extraño en un genoma de células huésped, llamado transducción. Un método químico popular utiliza fosfato cálcico (Ca3(PO4)2). El método se basa en la formación de un Ca3(PO4)2/DNA precipitado para facilitar la unión del ADN a las células que entran y entran en el ADN. Métodos físicos como la microinyección, una técnica que utiliza una aguja delgada de vidrio para insertar manualmente material genético en las células, introducen artificialmente el ADN por la fuerza.

Una vez dentro de la célula, un transgén puede integrarse aleatoriamente o en un sitio específico del genoma con la ayuda de enzimas de reparación del ADN (es decir, recombinación). Estas células transgénicas luego se multiplican y replican el transgén como parte de su genoma, expresando establemente el gen de interés del investigador. Un transgén puede no integrarse en el genoma y, por lo tanto, inducir sólo la expresión transitoria del gen de interés del investigador. Por lo general, se incluye un marcador seleccionable (por ejemplo, un gen de resistencia a los antibióticos) o un gen reportero (por ejemplo, GFP) junto con el gen de interés, de modo que se puedan identificar las células con una integración transgénera exitosa.

Transgenes se puede introducir en animales y plantas

En animales, el transgén se inserta típicamente en una etapa temprana, óvulo fertilizado por microinyección. La esperanza es que el transgén se integre en las células germinales —células precursoras reproductivas que se convierten en gametos (es decir, óvulos o espermatozoides) para que se exprese en todas las células del organismo en desarrollo. Además, la integración de la línea germinal es hereditaria, lo que significa que el transgén puede transmitirse a través de generaciones mediante la cría. Los animales transgénicos están cruzados —las crías se acoplan con el padre— para crear líneas de animales que son homocigotas para el transgén.

La transgénesis vegetal utiliza rutinariamente un método biológico, como la administración de vectores bacterianos, para introducir ADN extraño en las células. Rhizobium radiobacter (anteriormente conocido como Agrobacterium tumefaciens)es una bacteria patógena que habita en el suelo y puede infectar las plantas e integrar su ADN plásmido en el genoma de la planta. Los científicos han modificado R. radiobacter para que el ADN plásmido pueda llevar un transgén. Las muestras de tejido vegetal se cultivan con R. radiobacter para permitir la infección y la integración del transgén. Estos tejidos se cultivan en medios selectivos que inducen el crecimiento de brotes y raíces hasta que la planta naciente puede ser transferida al suelo. Estas plantas transgénicas están retrocruzadas para crear líneas de plantas transgénicas de alto rendimiento.

Usos prácticos de los organismos transgénicos

Los organismos transgénicos tienen muchas aplicaciones en la agricultura, la ciencia, la industria y la medicina. Por ejemplo, se han producido plantas transgénicas que son resistentes a los insectos para aumentar el rendimiento y reducir el uso de pesticidas (por ejemplo, maíz Bt); las bacterias han sido diseñadas para su uso en la investigación biomédica y para producir biocombustibles; y los animales transgénicos se han utilizado para fabricar medicamentos, como proteínas humanas, y para crear modelos de enfermedades humanas. Los científicos aprovechan el poder de las plantas, bacterias y animales transgénicos para investigar la expresión génica, crear productos genéticos deseados o promover rasgos valiosos.


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