Resumen sobre la ingeniería genética

La ingeniería genética es la alteración útil de ADN de un organismo. Avances en este campo han permitido a los científicos a generar células genéticamente modificadas y organismos para la investigación biomédica y fines agrícolas. Sin embargo, la aplicación de las tecnologías genéticas para su uso como terapéutica en seres humanos, conocida como la terapia génica, es todavía un trabajo en progreso.

En este video, vamos a discutir algunos descubrimientos importantes en la historia de la ingeniería genética, cuestiones estudiadas hoy en día, herramientas importantes para alterar el genoma de un organismo y varias aplicaciones de estas tecnologías.

Vamos a empezar por revisar la historia de la ingeniería genética.

Capacidad de los científicos para manipular directamente genes con bisagras en la resolución de la identidad del material genético. En 1928, Frederick Griffith observó la inyección de una mezcla de bacterias virulentas muertas por calor y una cepa en ratones viva, pero no virulenta, dio lugar a la enfermedad, que lo llevó a la hipótesis de un "principio transformante" que transfieren de entre los muertos para vivir las bacterias.

En 1944, Oswald Avery, Colin Macleod y Maclyn McCarty identificaron ADN de las bacterias responsables de esta transformación. El resultado fue validado además en 1952, cuando Alfred Hershey y Martha Chase utilizan radiactivo etiquetado bacteriófago para demostrar que es el virus de la DNA y no proteína, que se transmitió durante la infección de las células bacterianas.

También en 1952, Joshua Lederberg presume la existencia de plásmidos, trozos pequeños y circular de DNA que se puede transmitir entre las bacterias. Al mismo tiempo, él también describió la transducción, donde virus actúan como vectores para transmitir DNA entre las células.

A partir de alrededor 1970, investigadores como Hamilton Smith comenzó a descubrir algunas de las "herramientas" prácticas de la ingeniería genética, como endonucleasas de restricción que "corte" ADN en secuencias específicas. Usando estas herramientas, en 1972, Paul Berg genera la primera molécula de ADN "recombinante" al unirse a ADN de dos virus diferentes, y en paralelo, Stanley Cohen y Herbert Boyer generaban el primer organismo recombinante colocando un gen de resistencia a los antibióticos en un plásmido y transformar ese concepto en la bacteria e. coli.

En 1973, Rudolf Jaenisch creó el primer organismo multicelular transgénico, un ratón que contienen SV40 DNA viral, aunque no fue hasta 1981 cuando varios otros laboratorios crearon los primeros ratones transgénicos capaces de pasar los genes insertados a su descendencia. A mediados de 1980, Mario Capecchi y herrerías de Oliver primero establecieron que la recombinación homóloga podría ser utilizada para apuntar específicamente genes y en 1989 utiliza este método para generar el primer Ratón knockout, donde un gen se vuelve no funcional.

A continuación, vamos a examinar algunas preguntas clave en la ingeniería genética.

Un área integral de la investigación es determinar el mejor método para modificar el genoma de un organismo. Varios factores necesitan ser considerados, incluyendo la eficiencia del proceso de modificación, así como si la modificación tiene que ser dirigidos a genes específicos para minimizar los riesgos de alteraciones no intencionadas al ADN celular.

Para modificar el genoma de la célula huésped, la secuencia de ADN artificial montada para hacer esta modificación, conocida como una "construcción genética", debe ser entregada con éxito en esa celda. Investigación en esta área tiene como objetivo maximizar la eficacia y limitación de citotoxicidad. A nivel del organismo, los investigadores estudian cómo modificar vectores como partículas retrovirales o nanopartículas para mejorar construcción entrega a poblaciones de la célula blanco.

Por último, hay un gran interés en si la ingeniería genética pueden aplicarse con éxito a agrícola o usos terapéuticos. Estas tecnologías se han utilizado para generar potentes herramientas de investigación tales como ratones con genes eliminados o "knocked-out", o simple, solos rasgos como la resistencia a los herbicidas en cultivos. Sin embargo, problemas complejos, como la generación de cultivos que prosperan en condiciones adversas, requerirán modificar múltiples vías simultáneamente. Por otra parte, desarrollar terapias genéticas para el tratamiento de enfermedades genéticas, lo que requeriría la entrega segura y eficaz de construcciones genéticas a las células humanas, sigue siendo una tarea difícil.

Ahora echemos un vistazo a las herramientas de ingeniería genética y tecnologías utilizadas por los investigadores.

El método clásico para la generación de constructos genéticos es clonación basada en la enzima de la restricción, donde pedazos de ADN son digeridos y luego recombinados en orden específico uso de ligasas de ADN para crear un nuevo plásmido. Nuevas técnicas incluyen recombineering, que utiliza la recombinación homóloga para aislar e intercambiar fragmentos de ADN sin necesidad de sitios de digestión enzimático de la restricción.

ADN puede ser entregado en las células por un número de métodos. Transformación o transfection es el proceso de obtención de ADN desnudo en células bacterianas o eucarióticas, respectivamente. Cationes divalentes como el calcio, pueden hacer que las membranas celulares más porosas, lo que aumentará la captación de las moléculas de ADN exógenas. La electroporación utiliza un campo eléctrico para realizar la misma tarea, mientras que las nanopartículas lipídicas que rodean el ADN pueden fusionarse con la membrana celular y liberar su carga. Transducción de señales se refiere a la transferencia de ADN mediante un vector viral, como un lentivirus.

Administración de construcciones genéticas en organismos pluricelulares requiere consideraciones adicionales. Cuando existen múltiples tipos de células, vectores específicos tales como virus o nanopartículas aumentan la especificidad de la entrega de la célula. En las plantas, los investigadores han cooptado agrobacterium, un patógeno de planta capaz de transferir ADN a las células, como una herramienta de entrega de genes. "Biolística" se refiere al uso de una "pistola de genes" para entregar cuentas de oro recubiertas de ADN en las células.

Finalmente, las construcciones de ADN entregadas deben realizar cambios permanentes en el genoma del anfitrión con el fin de lograr efectos a largo plazo. Esto puede ocurrir por integración al azar del constructo de ADN entregado a anfitrión DNA, que puede ser mejorada por etiquetar el constructo con los sitios de reconocimiento para enzimas de "cortar y pegar" de ADN llamados transposases. Por otra parte, técnicas como la gene targeting mediante recombinación homóloga permiten integración en sitios específicos del genomas. Los avances recientes en técnicas conocidas como la edición del genoma, que utiliza nucleasas diseñado para generar roturas de doble cadena en lugares geométricos específicos, mejoran considerablemente el gene targeting eficiencia.

Ahora, echemos un vistazo a cómo las tecnologías de ingeniería genética se están aplicando hoy.

Las funciones celulares en eucariotas son compartimentadas en organelos, y dirigidas a la expresión de la proteína transgénica a compartimentos individuales puedan tener efectos biológicos más específicos. En este experimento, los investigadores generaron un constructo reportero GFP-etiquetadas usando la técnica de montaje de Gibson, donde regiones homólogas de superposición entre los varios productos PCR permiten la generación de una construcción completa sin el uso de enzimas de restricción. Biolística transfección fue utilizada para entregar estas construcciones en las células vegetales, y los investigadores fueron capaces de demostrar la expresión de GFP dirigida al cloroplasto.

Las células cancerosas a menudo sobre-expresan receptores de superficie, que los investigadores pueden orientarse utilizando terapia génica. Aquí, los científicos establecieron un modelo de cáncer de vejiga humano en ratón. Esto es seguido por la entrega tópica de un vector adenoviral a las células de cáncer de vejiga. Observación de la expresión de luciferasa en las células cancerosas indica éxito entrega del gene del reportero.

Por último, se está avanzando en ingeniería vías biológicas completas en un organismo. Aquí, cada gen de la vía biosintética para la eritromicina antibiótica fue aislada de sus bacterias de acogida, Saccharopolyspora erythraea, mediante PCR y combinada en el operón-como construcciones donde una serie de genes se colocan bajo control por los mismos elementos regulatorios para permitir la expresión óptima. Estas construcciones se transformaron luego en e. coli para reconstituir la vía de síntesis, y heterologously producido producto podría ser purificado y pruebas de funcionalidad.

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