Moscas Transgénicas
¿Qué es un organismo genéticamente modificado? ¿Qué es un transgénico? Ahora que ya hemos hablado un poquito del desarrollo de las moscas, de porqué las usamos en investigación científica, de qué es y cómo funciona el ADN y un poco sobre la genética y la herencia, podemos introducir un tema técnico: cómo se hacen moscas transgénicas. Esto va a permitirnos hablar de trabajos recientes con un poco más de detalle en futuros posts.
En este post van a encontrar también conceptos teóricos nuevos, que no mencionamos antes y que espero ampliar en el futuro (y que espero no los ahuyente, oh mis lectores queridos). Veamos como sale.
Obteniendo ADN para meter en las moscas
Un organismo genéticamente modificado es aquel al que se le ha alterado el material genético de manera artificial. Esto incluye cualquier tipo de modificación al material genético. Por ejemplo, las moscas con las que trabajaba Morgan habían sido modificadas genéticamente por medio de químicos y radiación que provocaban alteraciones en la secuencia del ADN (provocaban mutaciones). Pero Morgan y sus colaboradores no sabían nada de las causas a nivel molecular de las modificaciones que generaban, las hacían al azar y sin posibilidad de dirigirlas o diseñarlas previamente. Debían guiarse sólo por los resultados.
Cuando en los años 50s se describió la estructura del ADN y su relación con las proteínas, comenzó el estudio de los mecanismos moleculares del funcionamiento del material genético. Al saberse más sobre estos mecanismos, surgió la posibilidad de comenzar a usarlos para hacerle modificaciones puntuales, dirigidas y planificadas.
Con este nuevo conocimiento se podrían realizar modificaciones mas precisas. Una de las más sencillas de estas modificaciones sería insertar en un organismo genes provenientes de otros organismos, lo que se conoce como transgénesis.
Un transgénico es un tipo de organismo genéticamente modificado en el que se insertaron genes provenientes de otro organismo de manera artificial.
La producción de un organismo transgénico requiere tres cosas:
- Obtener los genes o secuencias de ADN que se quieren insertar
- Acondicionar ese ADN para permitir su incorporación al genoma del organismo de destino.
- Insertar el material en un organismo que lo incorpore y lo herede a su descendencia.
Usaremos un ejemplo ficticio para ilustrar como se realiza esto en moscas Drosophila.
Digamos que queremos ver detalles dentro de una mosca. Estamos estudiando un proceso biológico y sabemos que hay una proteína, codificada por un gen, que es importante para este proceso. Queremos saber en qué órganos, en qué células y en que momentos del ciclo de vida se encuentra expresado ese gen. Es más, nos interesaría poder mantener al insecto lo más entero posible y porque no, vivo. ¿Cómo podemos hacer para ver dónde se localiza la expresión de ese gen?
Una herramienta muy utilizada es la proteína verde fluorescente (GFP). En los años 60-70s se descubrió que la medusa Aequorea victoria fluorece gracias a dos proteínas, una rompe una molécula que produce luz azul y la otra, llamada GFP, recibe la luz azul y produce luz verde. La proteína GFP aislada de la medusa puede ser estimulada por cualquier fuente de luz azul para producir luz verde.
Como vimos, las proteínas están codificada por secuencias de ADN (lo que se llama un gen). A comienzo de los años 90s se logró aislar la secuencia de ADN que permite a la medusa producir esta proteína (una historia interesante de la que podemos hablar alguna vez). Si logramos que la mosca produzca GFP en las células y órganos en los que se produce la proteína que nos interesa estudiar, podremos verlo simplemente iluminando a nuestro animal con luz azul. ¿Cómo podemos hacer esto?
Clonado molecular y Vectores
Bueno, vamos entonces a adentrarnos en el terreno molecular. A ver como nos va.
Como vimos cuando hablamos sobre el ADN, la secuencia del genoma tiene un montón de ADN que no tiene instrucciones para hacer proteínas (un montón de ADN que no son genes). Es más, la mayor parte del ADN no codifica para proteínas. ¿Que hay en todo ese ADN extra? Una de las cosas que hay son secuencias que sirven como instrucciones para activar o inactivar la transcripción de los genes, llamadas secuencias promotoras ¿Cómo es eso?
Hay proteínas llamadas factores de transcripción que reconocen las secuencias promotoras, se unen a ellas y permiten o impiden la acción de otras proteínas que son las encargadas de realizar la transcripción. Si los factores de transcripción adecuados se encuentran presentes en una célula en un momento determinado, el gen se va a transcribir (hay complejidades extra en el sistema, pero por ahora esto es suficiente).
Por lo tanto, si tenemos la secuencia con las instrucciones para la expresión de un gen que nos interesa (el promotor), podemos hacer que cualquier otro gen (GFP por ejemplo) se exprese en el lugar y sitio dónde se expresa nuestro gen de interés.
Entonces, cumpliendo el punto 1 de nuestra lista de requisitos, el ADN que vamos a insertar va a ser el que codifica la proteína GFP y el ADN con las secuencias que controlan la transcripción de nuestro gen de interés.
¿Cómo lo dejamos en condiciones para que pueda integrarse al genoma de la mosca?
Por suerte la naturaleza ya generó todas las herramientas con anterioridad y solo es cuestión de descubrirlas, modificarlas, combinarlas y utilizarlas. En este ejemplo vamos a usar moléculas circulares de ADN (es decir, sus extremos están unidos, no son lineales) llamadas plásmidos que van a funcionar como vehículo o vector para para meter el ADN que queremos en la mosca.
Primero vamos a hacer copias del ADN que queremos meter en la mosca (el promotor y GFP) con una técnica llamada PCR. Esta técnica usa los elementos mínimos de la maquinaria de replicación del ADN dentro de un tubito para generar copias de cualquier ADN que nos interese.
Luego cortaremos el plásmido con unas proteínas que cortan ADN en lugares precisos y le pegamos esas secuencias que hemos generado, usando una proteína que pega ADN (en la actualidad hay muchas variantes comerciales de estas técnicas que facilitan mucho estos pasos). Tenemos nuestro plásmido listo ¿Cómo lo metemos en el genoma de la mosca?
Los plásmidos usados para transgénesis fueron diseñados para incluir secuencias que le permiten integrarse al genoma. Hay de distintos tipos, algunas permiten la integración en sitios específicos del genoma otras provocaran inserciones al azar. La integración la realiza una proteína que reconoce esas secuencias, corta allí al plásmido y luego lo pega en el ADN genómico.
Con el ADN que nos interesa, metido en el plásmido ya tenemos listo el punto 2 de nuestros requisitos.
Inyección de embriones
¿Cómo metemos el ADN dentro de la mosca para que se integre al genoma? ¿Cómo nos aseguramos de que esta modificación sea permanente y hereditaria?
Como queremos que el ADN se pueda heredar, debemos insertarlo durante el desarrollo temprano del organismo, en el punto en el que todavía no se formaron las células que van a generar los gametos (las células sexuales, es decir los óvulos y espermatozoide). Así cuando se formen esas células, el ADN insertado va a estar en ellas, luego en los gametos que estas produzcan y en la descendencia que se forme con esos gametos.
Para completar el paso 3 de nuestros requisitos y meter el ADN en una mosca, simplemente lo inyectaremos en un huevo.
Como vimos anteriormente, en los primeros momentos del desarrollo el embrión no tiene células, sino que es una sola unidad con un montón de núcleos en el interior. Esto permite que la inyección sea sencilla, ya que no se requiere mucho aumento para verlos y la manipulación se puede hacer con las manos.
En la primera hora del desarrollo del embrión hay unos núcleos que se van a ubicar en la parte más posterior del embrión y van a formar las células polares, las precursoras de los gametos.
Debemos asegurarnos que el ADN que queremos integrar al genoma lo haga en las células polares, para que pueda formar parte de los gametos y heredarse a la siguiente generación de moscas que se formara a partir de esos gametos y a toda la descendencia subsiguiente.
Lo que hacemos entonces es inyectar el plásmido en la parte posterior del embrión, antes de que se formen las células polares.
Para inyectar usamos una aguja finita preparada en el momento a partir de un tubito de vidrio. Se usa una máquina, un inyector electrónico que controla la presión para no reventar los embriones cuando uno inyecta. De todas formas, si uno no tiene una máquina, lo puede hacer con una jeringa (conectada a la aguja con una manguerita), es menos eficiente, pero funciona. Inyectamos muchos embriones porque la técnica no es 100% eficiente (algunos mueren, otros no incorporan el ADN, etc).
Una vez inyectados los embriones, los cuidamos mucho por unos días, levantamos las larvitas que vayan saliendo de los huevos y las colocamos en un tubo con comida. Lo siguiente será esperar que se hagan adultas y cruzarlas con otras moscas para obtener la siguiente generación, en la que habrá algunas moscas que tendrán el ADN que inyectamos incorporado permanentemente en su genoma. Serán moscas transgénicas.
Nuestra mosca transgénica
Así es que ahora tenemos una mosca transgénica que nos permite saber cuándo y dónde se expresa el gen que nos interesa (¡el de mi dibujo se expresa en las antenas de la mosca!).
Resumiendo lo que hicimos:
- Combinamos el ADN que codifica para una proteína fluorescente de una medusa con ADN de mosca que contiene instrucciones para indicar dónde expresarla.
- Pusimos ese material genético en un vector que permite incorporarlo en el genoma de una mosca de destino.
- Inyectamos ese ADN en embriones y lo incorporamos al genoma de sus gametos y su descendencia. Como resultado, en nuestro ejemplo inventado, observamos que la proteína GFP se expresa en las antenas de la mosca adulta.
En nuestro ejemplo hemos usado GFP como transgen. Lo elegí porque es un ejemplo visualmente impactante y porque me parecía divertido intentar dibujar moscas y medusas fluorescentes. Pero se darán cuenta que esta técnica tiene una multitud de potenciales usos.
Les dejo algunas preguntas para que piensen sobre esta técnica. Pueden dejar sus ideas en los comentarios o en la página de Facebook de este sitio.
¿Se les ocurre que más se podría hacer con estas técnicas?
¿Qué otras modificaciones podrían ser útiles?
¿Qué pasa si quiero ver más de un gen a la vez? ¿Cómo lo harían?
¿Cómo se les ocurre que podemos hacer para descubrir genes que se expresen en un lugar particular (por ejemplo, la antena o el ojo)?
¿O si lo que me interesa no es ver donde se expresa el gen sino dónde está la proteína, el producto final de la expresión del gen?
Las técnicas de transgénesis en la mosca Drosophila se usaron por primera vez en el año 1982 y desde ese entonces, cientos de herramientas de ingeniería genética se han ido sumando. Esto permite hacer manipulaciones cada vez más precisas y estudiar las bases genéticas y moleculares de los más variados fenómenos biológicos con mucho detalle.
En la actualidad hay técnicas como la muy mentada CRISPR que permiten no solo insertar genes, sino eliminarlos o hacerles modificaciones de manera muy precisa y dirigida. En próximas oportunidades hablaremos sobre esta técnica, como funciona y que permite hacer.
Nos vemos la próxima.
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Un Biólogo. Un moscólogo. Apasionado por la ciencia y el dibujo.
