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Animales transgénicos Un animal transgénico es aquel que su genoma ha sido modificado mediante la transferencia de un gen o genes de otra especie o raza. La foto muestra dos ratones transgénicos posicionados a cada lado de un ratón común. Los ratones transgénicos han sido modificados de tal manera que cargan con una proteína que brilla de color verdoso bajo luz azul. Créditos: Ingrid Moen et al., BMC Cancer, 12/21 (2012), 1-10.

Importancia Los animales transgénicos se utilizan habitualmente en el laboratorio como modelos en la investigación biomédica. Más del 95 por ciento de los utilizados son roedores modificados genéticamente, predominantemente ratones. Son herramientas importantes para investigar enfermedades humanas, ya que se utilizan para comprender la función de los genes en el contexto de la susceptibilidad y la progresión de las enfermedades y para determinar las respuestas a una intervención terapéutica. Los ratones también se han modificado genéticamente para producir naturalmente anticuerpos humanos para su uso como agentes terapéuticos. Siete de los once

medicamentos con anticuerpos monoclonales aprobados por la FDA entre 2006 y 2011 se derivaron de ratones transgénicos. Los animales de granja transgénicos también están siendo explorados como un medio para producir grandes cantidades de proteínas humanas complejas para el tratamiento de enfermedades humanas. Dichas proteínas terapéuticas se producen actualmente en reactores basados en células de mamíferos, pero este proceso de producción es costoso. En 2008, por ejemplo, se estimó que la construcción de una nueva planta de fabricación basada en células para una proteína terapéutica costaría más de US $ 500 millones. Una opción más económica sería desarrollar un medio para producir proteínas recombinantes en la leche, la sangre o los huevos de animales transgénicos. Sin embargo, el progreso en esta área ha sido lento hasta la fecha. Solo dos productos biomédicos han recibido hasta ahora aprobación regulatoria. El primero es la antitrombina III humana, una proteína terapéutica producida en la leche de cabras transgénicas, que se utiliza para prevenir los coágulos en pacientes con deficiencia hereditaria de antitrombina que reciben cirugía o están dando a luz. Una manada relativamente pequeña de cabras (alrededor de 80) puede suministrar suficiente antitrombina III humana para toda Europa. El segundo producto es un inhibidor de la esterasa C12 humana recombinante producido en la leche de conejos transgénicos. Esto se usa para tratar el angiodema hereditario, un trastorno genético raro que causa la expansión de los vasos sanguíneos en la sangre y la inflamación de la piel.

Descubrimiento La capacidad de producir animales transgénicos depende de varios componentes. Una de las primeras cosas que se necesitan para generar animales transgénicos es la capacidad de transferir embriones. La primera transferencia exitosa de embriones fue lograda por Walter Heape en conejos de Angora en 1891. Otro componente importante es la capacidad de manipular el embrión. La manipulación in vitro de embriones en ratones se informó por primera vez en la década de 1940 utilizando un sistema de cultivo. Lo que también es vital es la capacidad de manipular los huevos. Esto fue posible gracias a los esfuerzos de Ralph Brinster, adscrito a la Universidad de Pennsylvania, quien en 1963 ideó un sistema confiable para el cultivo de huevos, y el de Teh Ping Lin, con sede en la Escuela de Medicina de California, quien en 1966 describió una técnica para microinyectar óvulos de ratón fertilizados que permitieron la inserción precisa de ADN extraño.

La primera modificación genética de los animales fue informada en 1974 por el virólogo Rudolph Jaenisch, en ese entonces en el Instituto Salk, y la embrióloga de ratones Beatrice Mintz en el Centro de Cáncer Fox Chase. Demostraron la viabilidad de modificar genes en ratones inyectando el virus SV40 en embriones de ratón en etapa temprana. Los ratones resultantes portaban el gen modificado en todos sus tejidos. En 1976, Jaenisch informó que el Virus de la leucemia murina de Moloney también podría transmitirse a la descendencia al infectar un embrión. Cuatro años más tarde, en 1980, Jon Gordon y George Scango, junto con Frank Ruddle, anunciaron el nacimiento de un ratón nacido con material genético que habían insertado en huevos de ratón recién fertilizados. En 1981, otros científicos informaron sobre la exitosa implantación de ADN extraño en ratones, lo que alteró la composición genética de los animales. Esto incluyó a Mintz con Tim Stewart y Erwin Wagner en el Fox Chase Cancer Center en Filadelfia; Brinster y Richard Palmiter en la Universidad de Washington, Seattle; y Frank Costantini y Elizabeth Lacy en la Universidad de Oxford. Dicho trabajo sentó las bases para la creación de ratones transgénicos modificados genéticamente para heredar formas particulares de cáncer. Estos ratones se generaron como una herramienta de laboratorio para comprender mejor la aparición y la progresión del cáncer. La ventaja de estos ratones es que proporcionan un modelo que imita al cuerpo humano. Los ratones no solo proporcionan un medio para obtener mayor información sobre el cáncer, sino también para probar fármacos experimentales.

Aplicación Los animales transgénicos son animales (más comúnmente ratones) que han tenido un gen extraño insertado deliberadamente en su genoma. Dichos animales se crean más comúnmente mediante la microinyección de ADN en los pronúcleos de un óvulo fertilizado que posteriormente se implanta en el oviducto de una madre sustituta seudopreñada. Esto hace que el animal receptor dé a luz a crías modificadas genéticamente. La progenie se cría con otras crías transgénicas para establecer una línea transgénica. Los animales transgénicos también pueden crearse insertando ADN en células madre embrionarias que luego se microinyectan en un embrión que se ha desarrollado durante cinco o seis días después de la fertilización, o infectando un embrión con virus que llevan un ADN de interés. Este método final se usa comúnmente para manipular un solo gen, en la mayoría de los casos implica eliminar o "anular" un gen objetivo. El resultado final es lo que se conoce como un animal "knockout". Desde mediados de la década de 1980, los ratones transgénicos se han convertido en un modelo clave para investigar enfermedades. Los ratones son el modelo de

elección no solo porque existe un extenso análisis de su secuencia completa del genoma, sino que su genoma es similar al humano. Además, las pruebas fisiológicas y de comportamiento realizadas en ratones se pueden extrapolar directamente a la enfermedad humana. Técnicas robustas y sofisticadas también están fácilmente disponibles para la manipulación genérica de células de ratón y embriones. Otra ventaja de los ratones es el hecho de que tienen un ciclo de reproducción corto. También se utilizan otras especies transgénicas, como cerdos, ovejas y ratas, pero su uso en investigación farmacéutica ha sido hasta ahora limitado debido a limitaciones técnicas. Sin embargo, los avances tecnológicos recientes están sentando las bases para una adopción más amplia de la rata transgénica. Los roedores transgénicos desempeñan una serie de roles críticos en el descubrimiento y desarrollo de fármacos. Es importante destacar que permiten a los científicos estudiar la función de genes específicos a nivel de todo el organismo, lo que ha mejorado el estudio de la fisiología y la biología de las enfermedades y ha facilitado la identificación de nuevos objetivos farmacológicos. Debido a su similitud en la fisiología y la función génica entre humanos y roedores, se pueden desarrollar roedores transgénicos para imitar la enfermedad humana. De hecho, una serie de modelos de ratones transgénicos se han producido para este propósito. Los ratones se utilizan como modelos, por ejemplo, para estudiar obesidad, enfermedades cardíacas, diabetes, artritis, abuso de sustancias, ansiedad, envejecimiento, enfermedad de Alzheimer y enfermedad de Parkinson. También se utilizan para estudiar diferentes formas de cáncer. Además, los cerdos transgénicos están siendo investigados como una fuente de órganos para trasplantes, los cuales, si se prueban clínicamente seguros, podrían superar algunas de las graves escaseces de órganos de los donantes. El desarrollo de animales transgénicos se ha transformado recientemente con la aparición de la nueva herramienta de edición de genes CRISPR, que redujo en gran medida el número de pasos involucrados en la creación de animales transgénicos, haciendo que todo el proceso sea mucho más rápido y menos costoso.

Animales transgénicos: Cronología de los principales eventos

Fecha 23 Jun 1925

Evento Oliver Smithies nació en Halifax, Reino Unido.

Personas involucradas Smithes

Lugares Universidad de Washington, Universidad de Carolina del Norte

Fecha

1929

19 Ago1929 1974

Septiembre 1980

Noviembre 1980

5 Nov 1981

Diciembre 1982

1983

Evento Los Laboratorios Jackson se establecieron para desarrollar cepas puras de ratones para estudiar la genética del cáncer y otras enfermedades. Frank Ruddle nació en West New York, New Jersey Primera publicación sobre la inserción de ADN externo en ratones Científicos informaron sobre el primer desarrollo exitoso de ratones transgénicos. Technique published using fine glass micropipettes to inject DNA directly into the nuclei of cultured mammalian cells. High efficiency of the method enables investigators to generate transgenic mice containing random insertions of exogenous DNA. Primera transmisión exitosa de ADN externo en ratones de laboratorio. Ratones gigantes realizados con la inyección de hormona de crecimiento de rata. Curso iniciado en la embriología molecular de ratones.

Personas involucradas

Lugares

Laboratorios Jackson

Ruddle

Universidad de Yale

Instituto Salk, Instituto Jaenisch, Mintz Fox Chase para la Investigación del Cáncer Barbosa, Gordon, Plotkin, Universidad de Yale Ruddle, Scangos

Capecchi

Universidad de Utah

Constantini, Lacy

Universidad de Oxford, Universidad de Yale

Brinster, Palmiter

Costantini, Hogan, Lacy

Universidad de Pennsylvania, Universidad de Washington/Seattle Laboratorio Cold Spring Harbour, NIMR, Centro Sloan Kettering para la Investigación sobre el Cáncer, Universidad de Columbia

Fecha

Evento

Los primeros ratones 1985 transgénicos creados con genes que codifican lo Publicación de la técnica de selección de genes 6 Nov 1987 para detectar mutaciones en cualquier gen.

1988

12 Abr 1988

La solicitud de patente presentó un método para crear ratones transgénicos para la producción de anticuerpos humanos.

Patente OncoMouse concedida Primer modelo de ratón transgénico creado para 12 Jun estudiar el vínculo entre la 1992 metilación del ADN y la enfermedad. Primeras cepas de ratones transgénicos informadas 1994 para producir anticuerpos monoclonales humanos La oveja Dolly fue clonada por el equipo del profesor Enero 1996 Ian Wilmut en el Instituto Roslin de Edimburgo. Dolly la oveja, el primer 5 Jul 1996 mamífero clonado, nació. 14 Feb Dolly la oveja, el primer 2003 mamífero clonado murió. Primer fármaco de Septiembre anticuerpo monoclonal 2006 completamente humano aprobado Premio Nobel de Fisiología para la Medicina otorgado por los descubrimientos 2007 que permiten la modificación del gen de la línea germinal en ratones

Personas involucradas

Lugares

Kohler, Rusconi Instituto Max-Planck

Thomas, Capecchi

Universidad de Utah

Bruggeman, Caskey, Neuberger, Surani, Teale, Waldmann, Williams

Laboratorio de Biología Molecular, Instituto Babraham, Universidad de Cambridge.

Leder, Stewart

Universidad de Harvard

Li, Bestor, Jaenisch

Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica

Bruggemann, S.Green, Lonsberg, Neuberger

Cell Genesys, GenPharm, Laboratorio de Biología Molecular

Wilmut

Instituto Roslin.

Wilmut, Campbell

Instituto Roslin.

Wilmut

Instituto Roslin.

Agensys, Amgen.

Universidad de Carolina Capecchi, del Norte Carolina, Evans, Smithies Universidad de Utah.

Fecha

10 Mar 2013 26 Oct 2013

Evento

Personas involucradas

que utilizan células madre embrionarias Frank Ruddle murió en Ruddle New Haven, Connecticut Michael Neuberger murió. Neuberger

El Instituto de Genómica de Beijing anunció la venta 23 Sep de los primeros micropigs 2015 creados con la ayuda de la técnica de edición de genes TALEN. CRISPR / Cas9 modificó 60 genes en embriones de cerdo en el primer paso 5 Oct 2015 Church para crear órganos adecuados para trasplantes humanos. 10 Ene 2017

20 Abr 2017

23 Ene 2019

Oliver Smithies murió. La investigación de la diabetes con ratones transgénicos muestra que la proteína P2X7R desempeña un papel importante en la inflamación y el sistema inmunológico y ofrece una nueva vía para tratar la enfermedad renal. CRISPR-Cas9 utilizado para controlar la herencia genética en ratones.

Lugares

Universidad de Yale. Laboratorio de Biología Molecular.

Instituto Genómica de Beijing.

Universidad de Harvard.

Smithies

Universidad de Washington, Universidad de Carolina del Norte.

Menzies

Universidad de Edimburgo, University College de Londres, Escuela Imperial de Londres.

Grunwald, Gntz, Universidad de Poplawski, Xu, California, San Diego. Bier, Cooper

Bibliografía -

D. Myelnikov, 'Transforming mice: technique and communication in the making of transgenic animals, 1974-1988', unpublished PhD, Cambridge University, 2015.