La palabra ingeniería genética surgió como una manera de englobar todas las técnicas de manipulación, modificación y recombinación de manera artificial del ADN u otras moléculas de ácidos nucleicos con el fin de modificar un organismo o población de organismos.

El término ingeniería genética se usa generalmente para referirse a métodos de tecnología de ADN recombinante, que surgieron de la investigación básica en genética microbiana. Las técnicas empleadas en ingeniería genética han llevado a la producción de productos de importancia médica, incluida la insulina humana, la hormona del crecimiento humano y la vacuna contra la hepatitis B, así como al desarrollo de organismos modificados genéticamente, como plantas resistentes a enfermedades.

ingeniería genética producción de insulina

Inicialmente el término se refería a diversas técnicas utilizadas para la modificación o manipulación de organismos a través de los procesos de herencia y reproducción. Como tal, el término abarcaba tanto la selección artificial como todas las intervenciones de las técnicas biomédicas, entre ellas la inseminación artificial, la fertilización in vitro (por ejemplo, bebés “probeta”), la clonación y la manipulación genética. En la última parte del siglo XX, sin embargo, el término llegó a referirse más específicamente a los métodos de tecnología de ADN recombinante (o clonación de genes), en la que las moléculas de ADN de dos o más fuentes se combinan dentro de las células o in vitro y luego se insertan en organismos huéspedes en los que pueden propagarse.

La posibilidad de la tecnología del ADN recombinante surgió con el descubrimiento de enzimas de restricción en 1968 por el microbiólogo suizo Werner Arber. Al año siguiente, el microbiólogo estadounidense Hamilton O. Smith purificó los llamados enzimas de restricción de tipo II, que resultaron esenciales para la ingeniería genética por su capacidad para escindir un sitio específico dentro del ADN (a diferencia de las enzimas de restricción de tipo I, que escinden el ADN en sitios aleatorios). Basándose en el trabajo de Smith, el biólogo molecular estadounidense Daniel Nathans ayudó a promover la técnica de la recombinación del ADN en 1970–71 y demostró que las enzimas de tipo II podrían ser útiles en estudios genéticos. La ingeniería genética basada en la recombinación fue pionera en 1973 por los bioquímicos estadounidenses Stanley N. Cohen y Herbert W. Boyer, quienes fueron de los primeros en cortar el ADN en fragmentos, volver a unir diferentes fragmentos e insertar los nuevos genes en la bacteria E. coli, que luego son transferidos a sus nuevas generaciones.

Proceso y técnicas

La mayor parte de la tecnología de ADN recombinante implica la inserción de genes extraños en los plásmidos de cepas de laboratorio comunes de bacterias. Los plásmidos son pequeños anillos de ADN; no forman parte del cromosoma de la bacteria (el principal depósito de información genética del organismo). No obstante, son capaces de dirigir la síntesis de proteínas y, al igual que el ADN cromosómico, se reproducen y transmiten a la progenie de la bacteria. Por lo tanto, al incorporar ADN extraño (por ejemplo, un gen de mamífero) en una bacteria; los investigadores pueden obtener un número casi ilimitado de copias del gen insertado. Además, si el gen insertado está operativo (es decir, si dirige la síntesis de proteínas); la bacteria modificada producirá la proteína especificada por el ADN extraño.

Una generación posterior de técnicas de ingeniería genética que surgió a principios del siglo XXI se centró en edición de genes. Edición de genes, basada en una tecnología conocida como CRISPR-Cas9, permite a los investigadores personalizar la secuencia genética de un organismo vivo realizando cambios muy específicos en su ADN. La edición de genes tiene una amplia gama de aplicaciones; y se utiliza para la modificación genética de plantas de cultivo y ganado y de organismos modelo de laboratorio (por ejemplo, ratones).

La corrección de errores genéticos asociados con enfermedades en animales sugiere que la edición de genes tiene aplicaciones potenciales en terapia génica para humanos. La terapia genética es la introducción de un gen normal en el genoma de un individuo para reparar una mutación que causa una enfermedad genética. Cuando se inserta un gen normal en un núcleo mutante, lo más probable es que se integre en un sitio cromosómico diferente del alelo defectuoso; aunque esto puede reparar la mutación, puede resultar una nueva mutación si el gen normal se integra en otro gen funcional. Si el gen normal reemplaza al alelo mutante, existe la posibilidad de que las células transformadas proliferen y produzcan suficiente producto génico normal para que todo el cuerpo recupere el fenotipo sano.

Aplicaciones

La ingeniería genética ha avanzado en la comprensión de muchos aspectos teóricos y prácticos de la función y organización de los genes. Mediante técnicas de ADN recombinante, se han creado bacterias que son capaces de sintetizar insulina humana, hormona de crecimiento humana, interferón alfa, una vacuna contra la hepatitis B y otras sustancias de utilidad médica. Las plantas pueden ajustarse genéticamente para permitirles fijar nitrógeno, y las enfermedades genéticas posiblemente se pueden corregir reemplazando genes disfuncionales con genes que funcionan normalmente.

Se han introducido genes de toxinas que matan insectos en varias especies de plantas, incluidos el maíz y el algodón. También se han introducido en plantas de cultivo genes bacterianos que confieren resistencia a herbicidas. Otros intentos de ingeniería genética de plantas han tenido como objetivo mejorar el valor nutricional de la planta.

Controversia y cuestiones éticas

En 1980, los «nuevos» microorganismos creados por la investigación del ADN recombinante se consideraron patentable, y en 1986 el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos aprobó la venta del primer organismo vivo genéticamente alterado: un virus, utilizado como vacuna contra la pseudorrabia, del que se había cortado un solo gen. Desde entonces, se han concedido varios cientos de patentes para bacterias y plantas modificadas genéticamente. Sin embargo, las patentes sobre organismos genéticamente modificados; en particular cultivos y otros alimentos, eran un tema polémico, y siguieron siéndolo en la primera parte del siglo XXI.

Se ha centrado una preocupación especial en la ingeniería genética por temor a que pueda resultar en la introducción de rasgos desfavorables y posiblemente peligrosos en microorganismos que anteriormente estaban libres de ellos, por ejemplo, resistencia a antibióticos, producción de toxinas o tendencia a causar enfermedades. De hecho, las posibilidades de uso indebido de la ingeniería genética eran enormes. En particular, hubo una gran preocupación por los organismos genéticamente modificados, especialmente los cultivos modificados, y sus impactos en la salud humana y ambiental. Por ejemplo, la manipulación genética puede alterar potencialmente las propiedades alergénicas de los cultivos. Además, tampoco estaba claro si algunos cultivos modificados genéticamente, como el arroz dorado, cumplen la promesa de mejores beneficios para la salud. La liberación de mosquitos modificados genéticamente y otros organismos modificados en el medio ambiente también suscita preocupación.

En el siglo XXI, el progreso significativo en el desarrollo de herramientas de edición de genes trajo una nueva urgencia a las discusiones sobre las implicaciones éticas y sociales que rodean la ingeniería genética de los seres humanos. La aplicación de la edición de genes en humanos generó importantes preocupaciones éticas; en particular con respecto a su uso potencial para alterar rasgos como la inteligencia y la belleza

De manera más práctica, algunos investigadores intentaron usar la edición de genes para alterar genes en el esperma humano, lo que permitiría que los genes editados se transmitieran a las generaciones posteriores, mientras que otros buscaron alterar genes que aumentan el riesgo de ciertos tipos de cáncer, con el objetivo de de reducir el riesgo de cáncer en la descendencia. Los impactos de la edición genética en la genética humana, sin embargo, se desconocían y en gran parte faltaban las reglamentaciones para guiar su uso.

Descubre además que es la nutrigenética y nutrigenómica.

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