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El ratón (GM)


Tras la publicación de la secuencia y el análisis de una variedad de ratón en diciembre de 2002ANCHOR el ratón se convirtió en el modelo de animal preferido para la mayoría de los experimentos de laboratorio. El potencial de los ratones para la manipulación genética ahora hace que se prefieran estos a las ratas y a otros roedores, tanto en las pruebas de seguridad como en la investigación fundamental. Los ratones genéticamente modificados (GM), transgénicos y knock-out, son ahora valiosas herramientas en la mayoría de los campos de la investigación médica.

El ratón representa un excelente modelo para la enfermedad humana, porque la organización de su DNA y la forma en la que se expresan sus genes son muy similares a las de los seres humanos. Sus sistemas reproductores y nerviosos son como los de los humanos y padecen muchas de las mismas enfermedades, como el cáncer, la diabetes e incluso la ansiedad. La manipulación de sus genes puede llevarlos a desarrollar otras enfermedades que naturalmente no les afectan y, como resultado, la investigación con ratones ha ayudado a comprender tanto la fisiología humana como las causas de la enfermedad.

Antes de la tecnología genética, los ratones se sometían a cría consanguínea para producir variedades de laboratorio con características particulares. Estas variedades consanguíneas eran genéticamente muy similares, lo que hace que resulten ideales para estudiar los cambios producidos por la modificación genética.

Estadísticas
¿Qué es un ratón transgénico?
Producción de ratones transgénicos
Ejemplos de variedades transgénicas
Ratón knock-out
Los antecedentes de la selección de genes
Creación del ratón knock-out
Ejemplos de ratones knockout
Referencias

Estadísticas

La capacidad para manipular sus genes ha convertido al ratón en el animal de laboratorio más común. En el Reino Unido, su uso ha aumentado durante los últimos 10 años, y entre 2005 y 2006 se documentó un incremento del 5%. La mayoría de estos ratones se empleó para programas de cría y en la investigación biológica fundamental.ANCHOR The recent increases in the number of mice used directly result from the development of new technologies that allow manipulation of their genes.

¿Qué es un ratón transgénico?

Un ratón transgénico es aquel cuyos cromosomas han sido alterados, de forma que sus genes contienen ADN extraño. Estos genes se encuentran en el núcleo de todas las células del cuerpo, por lo que todas las células del ratón contienen el nuevo ADN. El ADN extraño puede proceder de cualquier fuente y puede ser humano, de otro animal o de otro ratón.

El cambio del ADN normalmente hace que las células adquieran una función, como la producción de una nueva proteína. Por ejemplo, algunos ratones transgénicos producen proteínas reconocidas por las células inmunológicas humanas y se pueden utilizar para modelizar determinados aspectos de una enfermedad. En ocasiones el ADN extraño puede significar una pérdida, en lugar de la adquisición, de una función, dado que el nuevo ADN podría interferir en una vía bioquímica o impedir la producción de una determinada proteína.

Los ratones transgénicos son modelos útiles para entender cómo los genes regulan los procesos en el cuerpo, porque el efecto que cambia un determinado gen se puede ver en todo el organismo. También se utilizan para estudiar enfermedades humanas que son causadas por 'errores' en la forma en que el organismo produce determinadas proteínas. Por ejemplo, en la hemofilia A, el gen crucial codifica una proteína conocida como factor VIII, necesaria para la coagulación de la sangre.

Producción de ratones transgénicos

Las dos técnicas principales para introducir el ADN extraño en el ratón son a través de la inyección pronuclear o mediante el uso de células madre embriónicas.

En la inyección pronuclear, el ADN extraño es inyectado en el pronúcleo de un ovocito de ratón, que se forma inmediatamente después de que haya sido fertilizado. El ADN extraño se integra en el genoma en una posición aleatoria, normalmente después de que se haya producido la primera o la segunda división celular. Esto significa que el ratón no portará ADN transgénico en todas sus células y, por lo tanto, solamente será parcialmente transgénico. El esperma o los ovocitos transgénicos de estos ratones son posteriormente utilizados para crear la siguiente generación de ratones completamente transgénicos.

Cuando se introduce el ADN en las células madre embriónicas, normalmente se integra aleatoriamente en el genoma, pero si tiene una estructura similar a una parte existente del genoma puede ser «reconocido» por el ADN (de forma que se somete a una recombinación homóloga) y se integra una única copia en el genoma, en una ubicación específica. A continuación, estas células embriónicas necesitan crecer y son inyectadas en un embrión hospedador, convirtiéndose en parte del ratón que crece a partir de ese embrión. El ratón crecido del embrión hospedador es conocido como quimera y se forma de las células embriónicas de dos ratones diferentes. Parte del esperma producido por la quimera será transgénico (conteniendo el ADN extraño) y cuando ese esperma fertilice un ovocito normal, el ratón que crecerá del mismo será completamente transgénico, con ADN extraño en todas las células.

Ejemplos de variedades transgénicas

Los ratones grandes tienen un gen de una hormona de rata que les hace crecer más de lo habitual y se utilizan para estudiar el crecimiento y el desarrollo.

• Los oncorratones tienen un oncogen inactivado y tienen predisposición a desarrollar un cáncer. Estos ratones han sido fundamentales para entender muchos cánceres y el desarrollo de tecnologías para tratarlos.

• El ratón Doogie muestra una memoria y una capacidad para el aprendizaje mejoradas. Estos ratones tienen mejorada la función de los receptores de NMDA, que son necesarios para que el cerebro almacene nueva información.

Ratón knock-out

El desarrollo más reciente de las variedades de ratón knock-out (o knock-in) durante la década de los ochenta supuso un importante avance para la genética. Esta tecnología permite alterar determinados genes de la cadena de ADN, normalmente retirados, aunque también pueden ser inactivados o insertados. Esto permite a los investigadores determinar la función exacta de un determinado gen y estos ratones GM han proporcionado excelentes modelos para numerosas enfermedades humanas, que no se podrían haber estudiado con animales anteriormente. La secuenciación y el análisis del genoma del ratón han permitido seleccionar y estudiar muchos genes empleando esta tecnología. Los creadores del primer ratón knockout obtuvieron el Premio Nobel de Medicina en 2007.

Los antecedentes de la selección de genes

La técnica que permitió la creación de los ratones knockout fue desarrollada en las bacterias por Joshua Lederburg, que obtuvo el Premio Nobel por su descubrimiento en 1958. Descubrió que las cepas bacterianas se podían cruzar para obtener una descendencia con su propia genética exclusiva, similar a la reproducción sexual. Esto significaba que cuando se utilizaban rayos X para producir mutaciones en sus estructuras genéticas, estos cambios se podían transmitir. Lederburg fue el primero en describir el proceso de la recombinación homóloga en las bacterias, en la que los pares de cromosomas intercambian material genético, y descubrió que, durante la recombinación, otras partes de material genético del organismo bacteriano se podían integrar en la estructura genética.

Dos científicos estadounidenses, Mario Capecchi y Oliver Smithies trabajaron en las formas de alterar secuencias específicas del genoma de los mamíferos. Ambos se dieron cuenta por separado de que la técnica de Lederburg se podía utilizar para introducir mutaciones en los genes de los mamíferos. Mientras tanto, el trabajo de Martin Evans sobre células madre embriónicas proporcionó un medio para introducir las mutaciones en animales vivos alterando las células madre y después inyectándolas en un ovocito de ratón fertilizado.

Creación del ratón knock-out

Los ratones knock-out y knock-in se producen mediante la selección de genes. Esta técnica permite alterar un determinado gen del genoma del ratón, sustituyéndolo por una secuencia genética similar que ha sido modificada para que contenga una mutación. A mutación a menudo evita que el gen funcione. Cuando los genes están «inactivados» (knocked-in), un gen de ratón normalmente se sustituye por un gen similar del genoma humano.

El gen mutante se crea en un plásmido bacteriano, que se inyecta en las células madre embriónicas del ratón, normalmente de un ratón macho. Estas células son de un embrión de ratón muy temprano y se dividirán para formar todos los tipos de células en el organismo. El objetivo es que el material genético mutante del plásmido forme ADN en el esperma del ratón cuando éste se haya desarrollado por completo. Una vez que el plásmido se encuentra en el interior de una célula madre, las dos secuencias de ADN similares intercambian material genético mediante la recombinación homóloga, que cambia el nuevo gen mutante en el genoma del ratón. Estas células madre son después implantadas en un embrión hospedador para que se desarrollen. Normalmente se seleccionan ratones con el pelaje de diferentes colores como hospedadores, para que esté claro qué ratón es el que tiene los genes mutantes.

Cuando nace el ratón es una quimera, dado que solamente algunas de sus células estarán modificadas. Este ratón tendrá el pelo de ambos colores. Cuando el esperma del ratón quimera fertilice un ovocito normal, parte de su descendencia portará una única copia del gen mutante. Estos ratones tendrán el pelaje del mismo color que el ratón cuyo ADN fue alterado originalmente.

La cría consanguínea entre estos ratones da una descendencia con dos copias del gen mutante. Estos son ratones knockout.

Ejemplos de ratones knockout

Hay muchos ejemplos de ratones knockout, dado que esta técnica se ha utilizado para estudiar todos los aspectos de la fisiología y para crear modelos para muchas enfermedades humanas.

• Los ratones gordos, que son propensos a la obesidad debido a una deficiencia de carboxipeptidasa E

• Los ratones fuertes, con un gen de miostatina inactivado

• Los ratones tolerantes al frío, que carecen de un canal de sodio que causa dolor cuando son expuestos al frío.ANCHOR


Referencias

  1. Mouse Genome Sequencing Consortium, Nature 420, 520-562 (2002)
  2. Home Office: Statistics of Scientific Procedures on Living Animals: Great Britain 2006. http://www.homeoffice.gov.uk/rds/pdfs07/spanimals06.pdf
  3. F. Alam et al. (2010) Bioluminescence imaging of a clinical isolate of Streptococcus pyogenes, Luminescence 25 ,2  179 -181

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