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BIOTECNOLOGÍA ANIMAL - Desarrollo de Animales Transgénicos de Alto Valor Biotecnológico, Genética Animal en Biotecnología y Medicina



BIOTECNOLOGÍA ANIMAL

No sólo los microorganismos y las plantas pueden ser modificados genéticamente, sino que también se pueden introducir genes en embriones animales fecundados.
Un ejemplo lo constituye la obtención de leche de oveja con alfa-1-antitripsina, utilizada para el tratamiento del enfisema pulmonar, gracias a la incorporación en el animal del gen humano que codifica esta enzima.

Esta misma metodología se ha empleado en ovejas que producen leche con el factor IX sanguíneo, que es requerido por las personas que padecen hemofilia. Actualmente, se han introducido diversos genes en ovejas y cerdos que les confieren resistencia a diversas enfermedades, mejoran la producción de lana o incrementan su tasa de crecimiento.



La biotecnología animal ha sido objeto de crítica por parte de grupos que luchan para la protección de los animales, ya que consideran que algunos de estos experimentos pueden tener efectos negativos sobre ellos. No obstante, los científicos defienden este tipo de trabajo ya que los animales gozan de buena salud (incluso mejor que la de los animales no manipulados) y de una calidad de vida normal.

La biotecnología animal ha experimentado un gran desarrollo en las últimas décadas. Las aplicaciones iniciales se dirigieron principalmente a sistemas diagnósticos, nuevas vacunas y drogas, fertilización de embriones in vitro, uso de hormonas de crecimiento, etc.

Los animales transgénicos como el 'ratón oncogénico' han sido muy útiles en trabajos de laboratorio para estudios de enfermedades humanas.

Existen tres areasdiferentes en las cuales la biotecnología puede influir sobre la producción animal:

-El uso de tecnologías reproductivas
-Nuevas vacunas y
-Nuevas bacterias y cultivos celulares que producen hormonas.

En animales tenemos ejemplos de modelos desarrollados para evaluar enfermedades genéticas humanas, el uso de animales para la producción de drogas y como fuente donante de células y órganos, por ejemplo el uso de animales para la producción de proteínas sanguíneas humanas o anticuerpos.



Para las enfermedades animales, la biotecnología provee de numerosas oportunidades para combatirlas, y estan siendo desarrolladas vacunas contra muchas enfermedades bovinas y porcinas, que en los últimos tiempos han hecho mella en estos animales.

4.0 Desarrollo de Animales Transgénicos de Alto Valor Biotecnológico

En los últimos 7 u 8 años, la ingeniería genética, junto con métodos innovadores de manipulación genética, han promovido el desarrollo de biotecnologías basadas en animales y plantas reconstruidos genéticamente. La transferencia de genes recombinantes a estos organismos (transgénesis), dirigidos para que se expresen en ciertos tejidos por medio de promotores específicos, permite generar proteínas recombinantes valiosas para la medicina y la agricultura.

Se han producido ovejas transgénicas que secretan alfa-anti-tripsina (utilizada en el tratamiento del enfisema) y factor de coagulación IX (para la hemofilia) directamente a través de la leche, así como cabras que secretan anticuerpos monoclonales humanos. Para construir a estos animales transgénicos, semicroinyectan huevos no fertilizados -zigotos- con genes recombinantes que se integran aleatoriamente a los cromosomas del huésped en regiones no predecibles. La expresión de los genes transferidos (transgenes) depende de la función de los sitios de integración.

El mecanismo mediante el cual se integran los transgenes a los cromosomas aún se ignora. En nuestro laboratorio hemos usado la transgénesis para investigar las peculiaridades estructurales de las zonas de integración en el genoma.

Los genes se introducen a las células por medio de fagos (virus), y hemos demostrado que los sitios de integración estan altamente enriquecidos con secuencias repetitivas inversas del gene incorporado al fago. Recientemente se ha probado en varios laboratorios un método para transferir genes dirigidos hacia un cierto blanco. Consiste en introducir los genes a las células del tronco embrionario y después inyectarlas a un blastocisto para obtener ratones quiméricos (en los que sólo algunas células portan el gene transferido). Después se cruzan los animales quiméricos y se obtienen ratones transformados con el gene dirigido en todas las células. Mas de 400 líneas de ratones se han producido en esta forma, cada una con un gene dirigido. Estos ratones son muy útiles como modelos de enfermedades hereditarias.

La eficiencia de las biotecnologías basadas en la transgénesis puede mejorar significativamente al combinarlas con la manipulación a nivel embrionario, lo que aumentaría la variedad de especies transgénicas.

Uno de los métodos mas eficientes de manipulación es laseparación de los embriones para producir dos animales genéticamente idénticos a partir del mismo embrión.

Estamos aplicando este método a embriones de reses para producir gemelos monocigóticos a partir de embriones separados (Figura).

Como regla, en los experimentos de transgénesis se han usado genes individuales que controlan un rasgo específico de un tejido o de una etapa. Los genes domésticos ('housekeeping'), que son los que controlan los procesos metabólicos basicos, se han usado muy rara vez. Entre estos genes estan los que controlan la síntesis de aminoacidos y que son de particular interés, ya que los animales carecen de genes y de sistemas bioquímicos para sintetizar los aminoacidos esenciales.

El desarrollo de animales transgénicos que puedan sintetizar estos aminoacidos es muy atractiva. Ademas de lo que puede significar para la investigación basica, estos animales podrían ser de alto valor biotecnológico, ya que los aminoacidos que se encuentran en las proteínas del cereal tienen una concentración molar mas baja que la que se requiere para que los animales los puedan utilizar eficientemente. Por esta razón, se complementa actualmente la dieta de los animales con lisina y treonina producidas industrialmente (3.5 kg de lisina y 1.8 kg de treonina por tonelada de proteína).



Hemos iniciado un proyecto con el fin de transferir los genes de E. coli que codifican para treonina a animales de laboratorio (ratones) y de granja (cerdos). La biosíntesis de treonina esta controlada por 5 genes que se expresan coordinadamente en E. coli.

Latransferencia de este elaborado camino metabólico, por lo pronto, es imposible. Buscando superar las dificultades encontramos que, aunque existe el concepto generalizado de que los animales no poseen componentes del camino metabólico de la treonina, uno de los productos clave intermedios del sistema, la homoserina, sí existe en células humanas y animales.

Para convertir la homoserina en treonina sólo se necesitan dos enzimas, la homoserina quinasa y la treonina sintetasa, codificadas por los dos últimos genes del operón de treonina de E. coli.

Construimos plasmidos recombinantes que contienen estos genes y promotores eucariontes y los probamos en E. coli y en cultivos de células de mamífero, y demostramos que los genes sí estan activos en estas células. Actualmente, estamos planeando experimentos para transferir estos genes a animales.

5.0 Genética Animal en Biotecnología y Medicina

El uso de la Biotecnología en animales permite la mejora de las especies para la obtención de productos de alta calidad; sin embargo, no solamente deben cuidarse estos aspectos, sino también características de enfermedad o adaptación a determinados medios, que en ocasiones ponen en riesgo la viabilidad de los hatos.

Lo anterior se desprende del seminario 'Genética Animal en Biotecnología y Medicina', impartido el pasado 19 de enero por el doctor Rogelio Alonso, del departamento de Microbiología y Parasitología de la Facultad de Medicina a invitación del Departamento de Biotecnología del IIBM.

El doctor Alonso subrayó la necesidad de contar en México con un bancogermoplasma autóctono que permita en un momento dado recuperar las características propias y exclusivas de los animales originarios de nuestro territorio, adaptados a las condiciones geograficas y alimentarias del medio.

Al referirse a las aplicaciones de la citogenética en animales, mencionó la posibilidad de realizar diagnóstico de alteraciones cromosómicas en poblaciones y prevenir la dispersión de cariotipos anormales. La genética clínica, a su vez, permite el estudio de enfermedades hereditarias, lo que hace posible detectar y controlar enfermedades genéticas y así evitar su diseminación.

El ponente se refirió también a algunas enfermedades moleculares en ganado que provocan importantes pérdidas económicas, como es la deficiencia de adhesión en linfocitos que se presentan en los bovinos Holstein, por una afectación del gen CD 18 beta integrina, con una frecuencia en el macho del 15 por ciento y del 6 por ciento en las hembras y que ocasiona pérdidas por 5 millones de dólares al año en los Estados Unidos; asimismo, el síndrome de estrés porcino, cuya frecuencia varía del 22 al 90 por ciento, provoca pérdidas en ese país por 200 millones de dólares anuales.

En este contexto, subrayó que existe una gran cantidad de animales con mutaciones en el mercado, que ponen en riesgo de contaminación el germoplasma nacional y que debido al desconocimiento de factores de enefermedad que en ocasiones se presentan en ganado con atractivas características productivas, los ganaderos podrían poner en riesgo sus hatos si no seleccionan cuidadosamente a los reproductores.





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