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Category Archives: Biología Molecular

El nacimiento de Dolly: así se clonó.

Dolly es con toda probabilidad la oveja más famosa del globo. Ostenta el título de ser el primer mamífero clonado a partir de una célula adulta. El ejemplar de oveja común, que nació en 1996, murió tan sólo seis años y medio más tarde, ya en el 2003. Su nacimiento cubrió de gloria científica a sus “creadores” – los escoceses Ian Wilmut y Keith Campbell – por dar el paso más importante del siglo XX en el campo de la biología celular.

Portada del Time con la noticia de Dolly

Portada del Time con la noticia de Dolly

De la reproducción sexual a la transferencia nuclear

Aunque ya existían desde hacía unas pocas décadas las técnicas de reproducción asistida (tales como Inseminación Artificial o Fecundación in vitro, entre otras) ahora la fecundación iba un paso más allá. Resulta que con un óvulo sano y una célula adulta se podría generar teóricamente nuevos embriones. No sólo eso, sino que además estos embriones eran clónicos respecto al donador de la célula adulta. La técnica de la transferencia nuclear se utilizó con éxito por primera vez en la creación de Dolly pero este método se ha ido actualizando y sigue vigente hoy en día como uso para nuevas aplicaciones.

A grosso modo podemos decir que la transferencia nuclear consiste en desproveer a un óvulo de su núcleo, el compartimento donde reside el material genético, para introducir otro núcleo (el del individuo que queremos clonar) con sus genes. Una vez se ha llevado a cabo, el óvulo activado se desarrolla cuál embrión de una célula (cigoto) y está listo para ser implantado en un útero receptor para su posterior gestación.

La idea parece sencilla pero hay diferentes individuos en juego y algunos pasos que hemos omitido para simplificarla. A continuación la dividimos en tres etapas para profundizar más en cada una de ellas y resolver el quién es quién anterior.

-          Enucleación del óvulo: Disponemos de un óvulo que viene de un donador. Este individuo puede ser el mismo que queremos clonar o no, hasta aquí es indiferente y sea quien sea lo único importante es que tengamos un óvulo.

A continuación procedemos a extraer el núcleo del óvulo y con ello borrar todos los genes del donante. Por este mismo motivo nos es indiferente la identidad del donador, una vez eliminado el núcleo decimos adiós a su identidad: ni rastro de él ni de sus genes. Por razones obvias, si queremos clonar un animal macho el óvulo tiene que venir de un individuo diferente que sea hembra.

¿Cómo se elimina un núcleo celular? Hay diferentes maneras pero la forma más usual consiste en introducir una especie de aguja – que se llama micro-pipeta-  en el óvulo, aspirar el conjunto de cromosomas que se encuentran condensados en el núcleo y retirar la aguja con cuidado. Todo esto se debe hacer inmovilizando la célula sobre un soporte que la aspira para mantenerla en posición fija.

RECORDAMOS que el núcleo de un óvulo contiene la mitad de cromosomas – es haploide -  que una célula adulta – diploide – puesto que precisa de la penetración del espermatozoide para completar el número de cromosomas de un individuo.

A la derecha tenemos la pipeta que aspira el óvulo para mantenerlo fijado y a la izquierda la que extraerá el núcleo. En rojo he marcado el núcleo del óvulo.

Derecha: Pipeta que fija el óvulo.Izquierda: Pipeta que extraerá el núcleo. En rojo el núcleo del óvulo.

-          Transferencia del núcleo: Aquí es cuando necesitamos el material celular del individuo a clonar.

Ahora ya tenemos la carcasa del futuro embrión, pero nos falta el motor, que será el nuevo núcleo. Para ello necesitamos obtenerlo de una célula cualquiera del organismos – se ha conseguido realizar este paso con todos los tipos celulares – pero con Dolly decidieron coger una muestra de glándula mamaria.

Tras romper la célula y hacer sucesivas filtraciones o limpiezas hasta purificar su núcleo, éste se inyecta dentro del óvulo por microinyección – de la misma manera que hemos visto como se extraía el núcleo del óvulo en la enucleación anterior – .

-          Activación: Ahora necesitamos que el conjunto óvulo- núcleo se comporte como un embrión y por tanto empiece a desarrollarse como tal. Podemos aplicar un pulso eléctrico o moléculas químicas que ayudan a “engañar” al óvulo para que “piense” que ha sido fecundado y dé lugar a las divisiones correspondientes.

Una vez el embrión ha desarrollado hasta el estadio de blastocito vamos a implantarlo en un útero sano. En el experimento de Dolly, hasta este paso se utilizaron 237 óvulos y de ellos sólo nació una oveja.

La oveja receptora que se encargará de gestar y parir el futuro feto puede ser la misma que done el óvulo de la enucleación y la misma que done el núcleo a clonar pero no es un requisito necesario.

Desarrollo del embrión clonado.

Desarrollo del embrión clonado.

 

La muerte de Dolly y el paradigma del envejecimiento prematuro

Se han detectado dos grandes alteraciones en los individuos clónicos que nacen por esta técnica:

Síndrome de LOS: No hay una explicación conocida para este efecto, conocido en bovinos y ovinos mayoritariamente. Los organismos recién nacidos presentan un tamaño y un peso significativamente superior a la media, motivo por el cual complica el parto.

Envejecimiento prematuro. Toda célula tiene una memoria sobre su edad y su envejecimiento. No olvidemos que el núcleo insertado en el óvulo es una célula adulta por lo que el futuro feto a nivel funcional sumará su edad biológica más la edad que tenía el donador del núcleo cuando la transferencia.

Posición de los telómeros en el cromosoma.

Posición de los telómeros en el cromosoma.

Es curioso el tema de Dolly porque hay disparidad de opiniones. Los veterinarios que la cuidaron aseguran que murió por problemas pulmonares adquiridos. Casualidad o no Dolly falleció a los seis años y medio, a los que habría que sumarle los seis a los que se clonó la célula de su madre. Ésto hace un total de 12 años, la esperanza media de vida de la oveja.

(Si queréis saber más sobre la actividad telomerasa y su relación con el envejecimiento prematuro podéis leer la primera entrada que publicamos en AlbaCiencia).

 

 

Hoy en día la transferencia nuclear se prueba para obtener células madre. También se usó para dar a luz  a Polly: la primera oveja clónica y transgénica a la par. Existen muchos experimentos interesantes que se reproducen mediante esta técnica… Pero esa es otra historia debe ser contada en otra ocasión. 

¿Qué son las células madre?

¿Quieres saber que son las células madre? Aquí te lo explicamos:

Indiscutiblemente, las células madre son el tema de moda en Biología Celular y Molecular – aunque no tanto en divulgación -. En esta entrada vamos desgranar el significado de Célula madre (o troncal, del inglés stem cell), los tipos, así como algunos de los misterios que encierra en ese misterioso núcleo.

Una célula troncal es aquella célula que se halla en un estado indiferenciado. Ésto significa que es que no se ha especializado en un tipo concreto que lleva a cabo una función específica de ese tejido, lo cual no implica que las células troncales no tengan una función propia. El concepto de célula madre se debe a la capacidad de originar células especializadas de uno o más tejidos, dependiendo del grado de potencia o plasticidad que tenga.

Verdadera función de las células madre

La pregunta que tantos dolores de cabeza han traído a científicos y expertos en bioética es ¿De dónde vienen las células madre? Es difícil generalizar, cada vez hay más fuentes distintas de células madre y otros métodos para indiferenciar células que en principio no lo son. Fuera del laboratorio la respuesta es sencilla: de la masa celular interna del embrión (ICM de sus siglas en inglés).

Células madre embrionarias

Vamos a recapitular hasta el proceso de la fecundación. Es en la unión de óvulo y espermatozoide que se forma el cigoto. Ésta es la primera célula diploide (46 cromosomas en humanos) que en los próximos nueve meses deberá constituir todo el organismo.

Durante las próximas dos semanas el cigoto se dividirá incansablemente por mitosis hasta tener una base de células a partir de las cuáles pueda empezar a ensamblar tejidos y posteriormente órganos.

Tan sólo 4 días después de la fecundación, el embrión – sin dejar de dividir sus células- empieza a compactarse sobre él mismo. De esta manera las células de la periferia forman una capa llamada trofoblasto que delimitará al organismo y se convertirá más tarde en lo que conocemos como placenta. Mientras tanto, en el interior del trofoblasto también empieza otro proceso de compactación, esta vez de las células internas, llamado cavitación. Las células se condensarán a un lado del embrión dejando una oquedad llena de un fluido que contiene electrolitos y otros átomos poco pesados. A estas células compactadas las hemos denominado anteriormente masa celular interna (ICM) y a la fase acuosa la llamamos blastocele.

Para orientarnos, aquí tenemos una representación gráfica donde se muestran las 3 partes (trofoblasto, ICM y blastocele):

Estas células que se encuentran en la ICM son las células madre embrionarias. Fue James Thomson (Universidad de Wisconsin) quien a finales de la década de los 90 consiguió aislarlas por primera vez de origen humano. Las primeras técnicas de derivación consistían en romper el blastocito – estado del embrión en que se reconocen las 3 capas – y separar la ICM del resto de capas. Actualmente es posible obtener células madre de blastómeros aislados – cada una de las células que compone la ICM- de manera que el embrión es viable, no hay afectaciones secundarias y se salva la barrera bioética que ha convertido la terapia celular en una medicina tan controvertida.

Hasta aquí la forma tradicional de obtener células madre embrionarias. Otros dos nuevos métodos son igualmente utilizados en otras especies y están empezando a despertar interés en células humanas.

El primero de ellos se basa en aislar células madre del cigoto cuando éste se ha dividido y se halla en estadio de entre 4 y 8 células. Se marcan las células del cigoto a extraer con una proteína – normalmente GFP porque es fluorescente- y se cultivan aparte, mientras el embrión puede sobrevivir de forma normal hasta con la mitad de células en estadios tan primarios de desarrollo.

                                     

 

 

 

 

Desarrollo de un cigoto (óvulo fecundado) hasta blastocito, pasando por estadios de 4 a 8 células.

 

 

La otra técnica consiste en activar la partenogénesis de un óvulo. Aunque es un procedimiento que está prácticamente en pañales, podríamos resumir que consiste en someter al óvulo a las mismas condiciones físico-químicas que la reacción de penetración del espermatozoide. Aquí, sin intervención del gameto masculino es posible que el óvulo duplique su material genético y empiece un desarrollo cigótico individual – del que se podrán obtener células madre posteriormente-.

Fotografía a Microscopio Electrónico de Cigoto en estadio temprano de división celular.

 

 

 

 

 

 

Plasticidad

Aunque todos los métodos nos ayudan a obtener células madre embrionarias, no todas ellas son iguales entre sí. Como comentábamos al principio de esta entrada, las células madre se pueden clasificar según su plasticidad. La plasticidad o potencia es la capacidad que tiene una célula indiferenciada de diferenciarse en uno o más tipos celulares diferenciados. No tiene, por ejemplo, el mismo grado de plasticidad una célula que pueda diferenciarse tanto en célula del pulmón como en célula del hígado que otra célula que solo pueda originar glóbulos blancos o plaquetas –ambas formas celulares sanguíneas-.

Con esta premisa podemos afirmar el cigoto es una célula madre que origina todas las demás células del organismo además de la placenta –trofoblasto como hemos visto- . A una célula con esta característica la denominamos totipotente ya que tiene la habilidad de diferenciarse en cualquier otra célula del organismo y órganos accesorios al embrión/feto durante el embarazo. Las demás células embrionarias que hemos visto se consideran células madre pluripotentes porque pueden originar cualquier célula del organismo pero no de la placenta, fijaos que las que derivan de la ICM ya no pueden formar parte del trofoblasto.

¿Porqué las células aisladas de estadios de 4 y 8 células no pueden formar el trofoblasto? Sigue siendo una pregunta sin responder entre los científicos, tal vez sean realmente totipotentes y no hemos sido nosotros capaces de diferenciarlas in vitro o por lo contrario no puedan formar órganos como la placenta porque nunca podrán entrar en compactación in vitro.

Las células totipotentes y pluripotentes las podemos encontrar en el embrión según el estadio de madurez o el número de divisiones. Las células madre multipotentes son aquellas que solo pueden diferenciarse en el tipo celular que forma parte de un tejido determinado – por ejemplo, músculo- y que se encuentran en estadios muy avanzados de la organogénesis del embrión e incluso en el feto. En cambio, las células oligopotentes son aquellas que solo pueden originar una estirpe celular concreta, por ejemplo células sanguíneas o del bazo. Algunas células con estas características – multipotentes y oligopotentes – se han encontrado también en tejido adulto…Son las Células Madre Adultas.

Células madre adultas

Las células embrionarias tienen una división común, por mitosis: división simétrica. Proceso mediante el cual de una célula progenitora se originan dos células hijas idénticas. A medida que avanza el embarazo, el embrión debe desarrollar estructuras morfológicas y funcionales que requieren de cierto grado de especialización. Este requerimiento no puede ser alcanzado por una célula madre exclusivamente y así empieza el proceso de diferenciación.

La transición célula madre a célula especializada necesita de otra de división, similar al mitótico, pero que difiere en la progenie: división asimétrica. En este proceso de división celular, una célula madre progenitora origina dos células hijas diferentes: una célula madre idéntica a la progenitora y otra célula especializada o que se especializará en un tejido concreto. Será mejor ilustrarlo para hacernos una idea:

La idea que de repente una célula madre origina otra célula igual una célula completamente especializada es herencia de la visión reduccionista de la que hizo uso – y abuso- el campo de Biología del Desarrollo hasta mitad del siglo pasado. La nueva célula diferenciada no es en realidad el último eslabón de una cadena de diferenciación celular, sino que resulta ser una célula más especializada que su progenitora pero que aún tiene capacidad para diferenciarse más. Ésto lo veremos más adelante, por ahora lo que nos interesa es que de una célula madre obtenemos una célula “especializada” y otra célula madre idéntica.

¿Qué pasa con esta célula indiferenciada que resulta de una división asimétrica? Pues vuelve a repetir el mismo proceso que su progenitora, de nuevo divide en célula madre y célula especializada. Siguiendo la cadena siempre quedará una célula sin diferenciar, incluso después de la formación del feto. Así es como llegamos a la vida adulta y – aunque en una proporción paupérrima- nuestros tejidos aún son reservorio de células madre: las células madre adultas. No son más que un resquicio de lo que fue el auge de la pluripotencia embrionaria y que ahora se encuentran en fase de letargo. A veces siguen su proceso de diferenciación – respondiendo a estímulos específicos- pero la mayoría de las veces yacen sin función reconocida.

Se espera que existan en todos o al menos en la mayoría de los tejidos adultos pero sólo se han encontrado en unos cuantos. De hecho, la presencia o ausencia de células madre en algunos órganos – como páncreas- todavía es un tema a debate y la comunidad científica no tiene una posición clara.

Célula madre adulta. Fotografía a Microscopio Electrónico

 

 

 

 

 

 

La plasticidad y su degradación juegan un papel clave en las células adultas que conocemos. Como ya dejamos entrever hace apenas un párrafo, una célula madre no da lugar a otra completamente especializada sino que la cadena es progresiva. Esto quiere decir que la célula supuestamente especializada que viene de la división asimétrica es en realidad otra célula madre con un abanico menor de plasticidad. Para evitar confusiones técnicas vamos a llamarlas células progenitoras y vemos en el siguiente diagrama la división asimétrica al completo:

Tenemos tres células diferentes: A, B y C. La célula de tipo A es una célula madre embrionaria, por lo tanto es pluripotente. La célula B es una célula madre adulta, es multipotente (también la hemos llamado célula progenitora). La célula C es cualquier tipo de célula especializada (neurona, epitelial, glóbulo rojo…).

En el paso 1 podemos ver un ejemplo de división simétrica. El embrión aumenta su volumen y para ello las células A se dividen por mitosis dando dos células idénticas, formando una base celular suficiente para el desarrollo posterior. La célula A que no seguirá al segundo paso, como sí lo hará la B, es aquella que se conservará en un tejido y dará lugar a una célula madre adulta. En el paso 2 tenemos el mejor ejemplo de división asimétrica. Una célula madre origina otra célula completamente idéntica a ella (A) y otra más especializada aunque no completamente (B). Ésta célula B se dividirá simétricamente según el paso 3 con tal de perpetuarse hasta el tejido adulto. Una vez en el tejido adulto o bien en los últimos pasos de especialización celular durante el embarazo, la célula progenitora se especializará para llevar a cabo su función específica del tejido donde se halla, como comprobamos en el paso 4.

Células madre pluripotentes inducidas (iPS)

Acabamos de ver la cascada de diferenciación celular desde cigoto hasta una célula cualquiera de nuestro cuerpo. Como la unión de dos células haploides da lugar a una célula diploide que a través de sucesivas divisiones bajo el estricto control del ciclo celular puede originar todas las células que un organismo tiene en el momento de su nacimiento. La investigación en células madre siempre ha traído cola a raíz del impacto bioético que comporta.

Hasta hace bien poco era impensable obtener células madre sin tocar el embrión. Alguien pensó que tal vez fuera posible invertir la cadena que hemos visto. ¿Y si de una célula diferenciada conseguimos llegar a una célula madre? Esto es algo que parece ir en contra de las normas del Desarrollo. ¿Cómo vamos a hacer recapitular un organismo entero para que vuelva a ser un embrión? Un organismo al completo era muy difícil de reprogramar genéticamente pero El famoso caso de Benjamin Button sí que podía darse a nivel celular.

S. Yamanaka dio con los factores que permitían a una célula en cultivo – concretamente a fibroblastos de la piel – invertir su diferenciación y llegar al estadio de célula madre embrionaria. Para conseguirlo, ha bastado con infectar células en cultivo con unos virus determinados que contienen genes esenciales del desarrollo embrionario. La inducción de estos genes es la responsable de la inversión diferencial de la célula.

Ahora sí, era posible conseguir células madre sin destruir un embrión. Por si fuera poco, podemos obtenerlas con el genoma de cualquier individuo, pues sólo basta con unas cuantas células de su piel para transformarlas a iPS humanas con sus mismos genes. Acabamos de abrir la puerta a la terapia celular personalizada.

Esquema de la inducción génica mediada por virus.
Transformación de células de la piel (1) a células madre (4).

 

 

 

 

 

 

 Perspectivas y terapia celular

Tanto en la vertiente clínica como en la de investigación, el campo de las células madre es muy amplio y todavía hay muchísimo trabajo por desarrollar.

Su principal aplicación es la terapia regenerativa, el gran sueño humano de la biomedicina. Ahora que parece el desafío ético ya superado quedan aún por solventar otros impedimentos técnicos que mantienen alejadas las células madre de la clínica:

-          Formación de teratomas: Es difícil controlar el baile de divisiones simétricas y asimétricas cuando las células madre son trasplantadas. El ciclo celular se ve estrictamente regulado por factores extrínsecos a la célula. Un cambio de medioambiente celular incrementa notablemente la formación de tumores del tipo teratoma: una masa de células diferenciadas y sin diferenciar que han perdido por completo su regulación.

-          Poca eficiencia de obtención: Obtener células madre es posible, que no eficiente. Los métodos actuales de derivación precisan de muchos embriones, óvulos, blastómeros o células somáticas en cualquiera de los 4 métodos mencionados en esta entrada. Este motivo hace que sea necesaria una cantidad ingente de material para obtener un volumen insuficiente para uso en pacientes.

-          Respuesta inmune: Aunque con las iPS no debería pasar, sí que es cierto que los trasplantes celulares – y de órganos o tejidos en general- siguen lidiando con el rechazo autoinmune cuando la terapia no es autotrasplante.

En definitiva, las células madre son el descubrimiento de la Biología moderna en el siglo XXI. Su acercamiento a la terapia regenerativa es gradual y poco a poco, gracias a las investigaciones y ensayos en laboratorios, vamos a ir viendo como toman un papel cada vez más preponderante en el tratamiento de muchas enfermedades que hoy en día son un problema social y también en otras que no son tan conocidas.

 

Artículo publicado originalmente en Naukas.

Un cerdo para criar mi hígado

La oración que reza en el título de esta entrada promete ser un hecho poco surrealista para los próximos años. Antes de tirarnos a la piscina vamos a llenarla poco a poco.  Para ello debemos volver  unos meses atrás, cuando un famoso científico muy conocido por aquí – Juan Carlos Izpisúa – fue portada de la revista Cell con su último trabajo en California.

El investigador albaceteño llevaba ya tiempo estudiando el mecanismo de regeneración en vertebrados en dos instituciones: Instituto Salk (California, USA) y CMRB (Barcelona). Este proceso es una vía regulada por la naturaleza como es el caso de algunos reptiles que regeneran su cola o algún miembro después de una amputación, ya sea intencionada o accidental. Este ejemplo, el de las salamandras, no es el único. Tenemos el famoso pez cebra, entre otros, que puede regenerar aletas, páncreas e incluso el corazón.

Izpisúa ha conseguido regenerar órganos en animales, pero de una forma diferente. Su propuesta pretende perseguir diferentes fines con el mismo medio. Esta técnica tiene una vertiente molecular que se basa en la ingeniería genética y una vertiente celular que se basa en la complementación embriológica.

Lo primero, si queremos conseguir un cerdo que pueda regenerar un órgano habrá que dañar este órgano (o destruirlo). La situación ideal de un proceso regenerativo es partir de cero y revertir su ausencia total. Para ello obtenemos un cerdo sin hígado. Primero, modificamos genéticamente el cerdo sustrayéndole los genes responsables de la formación del órgano en cuestión (páncreas, pulmón, corazón, hígado, etc).

Un embrión carente de alguno de estos órganos vitales no puede desarrollarse y es inviable. Cuando la gestación se da en un embrión con una mutación de este tipo o con un animal modificado genéticamente con una malformación importante en estos órganos hablamos de un aborto espontáneo.  Ahora que ya tenemos un organismo en potencia que carece de alguna o algunos tejidos candidatos a regenerar pasamos a la sustitución.

Un embrión es la célula resultante de la unión de un óvulo y un espermatozoide. A partir de esta célula se producen divisiones sucesivas que luego se especializarán en cada uno de los linajes celulares que conforman la totalidad morfológica y funcional del organismo. En el siguiente esquema se visualizan los primeros estadios del desarrollo embrionario (del orden de días a partir de la fecundación) :

 

Para conseguir que este embrión sea viable necesita la masa celular del órgano concreto que hemos anulado anteriormente. Ahora tomamos células de otro organismo (de momento se ha conseguido con otros de la misma especie). Estas células pueden ser de la piel, por ejemplo, que se revertirán a su estadio embrionario mediante reprogramación genética (células iPS). Al introducir estas células en el embrión, se diferenciarán en el órgano ausente pero con la genética del organismo donante de estas células. El fenotipo resultante del desarrollo de este cerdo “quimérico” es el de un cerdo normal con un hígado genéticamente perteneciente a otro cerdo completamente diferente.

Las perspectivas que ofrece esta nueva invención nos abren un amplio horizonte en cuanto a aplicaciones biomédicas se trata. Lejos de los ya clásicos xenotrasplantes – trasplante de órganos de animales a personas – se abre la veda para intentar esta técnica con trasplantes entre personas. Si en vez de utilizar las células de la piel de otro animal de la misma especie se lleva a cabo el mismo proceso con células humanas tenemos candidatos a donar órganos con la misma compatibilidad genética que el receptor. Saltar la barrera inmunológica en los trasplantes (si además se salta la de especie) es un avance fundamental en la cirugía del futuro. Las opciones no se quedan aquí y podréis encontrar hipotésis, teorías y confabulaciones por doquier.

Antes de nada aún quedan unos obstáculos que merece la pena salvar:

-          La barrera de especie: si realmente es posible un órgano humano en un cerdo, por ejemplo. Es algo que no sabemos. Se postula que para que el animal donador de órganos pudiera desarrollarse con una fracción que no es genéticamente compatible al cien por cien se podría hacer una quimera genética. Una mezcla histocompatible que genéticamente va a caballo entre los dos organismos. Como ya se ha dicho, aún está por ver.

-          La edición genómica. Eliminar todos los genes responsables de la organogénesis particular es una tarea difícil. Más aún si la mayoría de estas unidades no se han identificado o localizado.

Izpisúa ya dejó al mundo entero boquiabierto con sus órganos a la carta y los miniriñones in vitro que tanta reputación le valieron. Veremos si repite honores con este trabajo en 2014 aunque todo señala a que la terapia celular promete tanto como el camino que aún le queda por recorrer.

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 “Este post participa en la XXXI Edición del Carnaval de Biología que acoge Retales de Ciencia

Animales transgénicos en Albacete | La Fábrica de Genes, parte III (FINAL)

 

Hasta ahora hemos ido viendo como la terapia de modificación genética se ha utilizado en las plantas de maíz en zonas delimitadas de nuestra provincia – según la legislación vigente – para obtener una versión de maíz resistente.

Aunque el procedimiento para desarrollar su análogo en el reino animal es algo más complejo, la base es la misma. Ahora bien, ¿con qué finalidad se lleva a cabo la modificación genética en un animal?

En Albacete la licencia para modificar, criar y utilizar animales transgénicos pertenece al Complejo Hospitalario y Universitario de Albacete (CHUA) y la Unidad de Experimentación Animal de la UCLM (campus Albacete). Por lo tanto, como podemos intuir los animales transgénicos actualmente tienen un enfoque mayoritario en investigación.

El CHUA utiliza sobretodo modelos de animales transgénicos en neuropsicofarmacología. Esta rama de la farmacología estudia los fármacos que inciden terapéuticamente en el sistema nervioso central. Así pues, forman parte de este grupo aquellos fármacos que se recetan como tratamiento en trastornos de ansiedad, de alimentación o del sueño, por ejemplo. Hay dos variantes principales en cuanto a especies: el modelo murino y el modelo de macaco. Mientras éstos últimos suelen ser más representativos por su evidente proximidad filogénetica a nosotros, ratones y ratas son utilizados en todos los laboratorios que llevan estas líneas de investigación.

 Vamos a repasar cuáles algunos roedores de transgénicos en este campo.

-          Línea de ratones Maudsley reactiva (MR), ratones que desarrollan preferencia por el alcohol. Uso en estudio de neuropatologías de la adicción.

-          Línea Siracusa de baja y alta evitación (SLA y SHA respectivamente) que difieren en el grado de emocionalidad y reacción a ciertas situaciones.

-          Ratas Flinders sensibles y resistentes, utilizadas para testar fármacos en enfermedades del sistema nervioso.

Otros animales transgénicos que cabe destacar son los siguientes.

-          Pez cebra modificado por fluorescencia: muy útil para seguir el desarrollo celular de las líneas troncales (células madre) y somáticas.

 

-          El macaco ANDi, que incluye la proteína de medusa verde fluorescente: GFP. Nacido en la Universidad de Oregon.

Por último, a modo anecdótico, me parecía gracioso incluir este otro animal – apodado supermice debido a sus cualides – que abrió hace unos años el debate sobre la mejora genética.

 

Supermice tiene modificado el gen productor de la PEPCK-C (fosfoenol piruvato carboxikinasa C, para los no tan amigos) y ello le lleva a incrementar su fuerza muscular, su longevidad y su fertilidad. Pero esa es otra historia y deberá ser contada en otro momento.

Espero que os haya gustado esta miniserie de artículos sobre transgénicos en Albacete. Mi objetivo es dar a conocer que la ingeniería genética es una aplicación real e inmediata que desde hace un tiempo venimos utilizando también en Albacete. Desde un punto de vista escéptico, he tratado de exponer la realidad en el debate acerca de transgénicos y poner a vuestra disposición los argumentos más representativos que existen.

Como siempre, podéis sugerirnos otros artículos, series, libros o cualquier cosa que se os ocurra  y podamos publicar contactándonos en nuestras vías habituales:

-          Correo electrónico: albaciencia@gmail.com

-          Twitter: @alba_ciencia

-          Facebook: facebook.com/albaciencia.albacete

Ni tan blanco ni tan negro | La Fábrica de Genes (II)

En la publicación anterior hablamos de que era un transgénico, un OGM y cuáles se cultivaban en Albacete. También comentamos que había una gran controversia, a nivel global, sobre el uso y la manipulación de los transgénicos, sobre todo los dedicados al cultivo.

Alejándonos de polarizar la publicación hacia una de las dos principales vertientes ideológicas de este tema vamos a tratar de resumir y dar cabida a los principales argumentos a favor y en contra.

Una de las mayores bazas que juega la transgenia es la promesa de reducir el déficit alimentario. De hecho es una base teórica consistente que da un empujón a la investigación en este campo. Los intentos y las pruebas de conseguir cultivos más resistentes con un producto agrícola optimizado no son al azar, se dirigen a un objetivo determinado por nosotros.

Una producción más inteligente. Seleccionar una planta que proporciona un bien escaso haciendo un uso equitativo es una de las variables que más juego da a este tipo de ingeniería genética. Desde resistencia a plagas a diseño del fruto con características determinadas y otros usos. Maíz resistente a las plagas del taladro o arroz rico en caroteno y ciertas vitaminas son algunos de los casos modelos que abanderan la utilidad de los transgénicos.

Por último, la reducción al absurdo. La transgenia no es más que la aceleración y dirección de un proceso que ya se da de forma natural a lo largo de períodos grandes de tiempo por evolución y selección natural. Los organismos resistentes a plagas que surgen por mutaciones espontáneas son aquellos que perpetuarán la especie o darán lugar a una nueva. Esto si miramos la ecología, porque a través de herramientas más primitivas la selección artifical de los campos de cultivo y los animales de granja ha llegado al mismo objetivo. Arrancar las malas hierbas no es diferente a utilizar una planta adecuada para unas condiciones concretas. Entrecruzar los animales de pastoreo que tienen un carácter de interés, por ejemplo los toros más bravos o los bueyes más pesados, es lo mismo que diseñar un ratón transgénico para que pese el doble o viva más tiempo.

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Transgénicos en Albacete | La Fábrica de Genes: Parte I

 

Un alimento transgénico es un producto obtenido a partir de  un organismo genéticamente modificado (OGM). Todo ésto al principio puede parecer ciencia ficción, pero no lo es. Los alimentos transgénicos son una realidad que se encuentra en nuestro país e incluso en nuestra misma ciudad.

Pero antes de entrar en debate nos preguntamos, ¿qué es un organismo genéticamente modificado?

Es un organismo al cual se le ha alterado su ADN, pero no de cualquier manera, a través de ingeniería genética. Hay más de una forma de modificar el material genético que se incluyen en la acepción de los OGMs, pero resulta ser que el límite para esta acepción no está muy claro aún.

A continuación vamos a tratar algunas de las técnicas clásicas o más habituales para el desarrollo de OGMs.

El uso del ADN recombinante, que está muy extendido en bacterias y otros organismos inferiores, es el paradigma por excelencia. Consiste en extraer un gen de un organismo o individuo cualquiera e introducirlo en otro. Una idea tan simple requiere de un procedimiento complejo, proteínas que ayuden a aislar un gen y extraerlo, vehículos que transporten ese gen hacia la célula de destino y nuevamente proteínas que ayuden a que ese gen haga su función.

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¿Llegará algún albaceteño a ser inmortal?

El secreto de la longevidad: ¿Podemos alargar la vida?

Desde hace siglos el límite de la vida ha sido un miedo persistente en la humanidad. Un hecho evidente que ha recibido múltiples interpretaciones por parte de religiones, creencias populares y filósofos de todo el globo.

Considerada la muerte uno de los grandes problemas de todo hombre, algunos valientes librepensadores se han aventurado a buscarle una solución. Platón en la Grecia Clásica ya postulaba una inmortalidad del alma (a nivel ideal, más allá del cuerpo) pero no evitaba al ser humano enfrentarse cara a cara con su temor. El miedo a la muerte siguió y quizás fue el motivo para ensalzar todo lo que se podía conseguir antes de llegar a este irremediable final (“hay vida antes de la muerte”). La historia del pensamiento repasaría muchos conceptos, pero no sería hasta la época europea de la alquimia que se volvería a buscar la inmortalidad. Los alquimistas de la baja Edad Media se tomaron en serio el reto de alargar la vida, de evitar la muerte como tránsito a cualquier cambio de conciencia, y se pusieron a trabajar en la Piedra Filosofal. Nada más lejos que una respuesta empírica que da lugar a algo tan metafísico como la vida eterna. El hombre empezaba en este punto a obcecarse con encontrar algo en la naturaleza, cualquier causa tangible capaz de solventarle el problema más grande de su existencia (el fin de tal). La Piedra Filosofal no llegó nunca a aparecer con la función de elixir de la eterna juventud, pero si es cierto que en la actualidad se desarrollan técnicas asociadas a otras propiedades que se le atribuyen al Santo Grial Alquimista.

Y desde que se prendió la mecha la Humanidad no ha dejado descansar este tema. Descartes, quien pasó sin destacar considerablemente por las ciencias de la vida, estaba totalmente convencido de que conseguiría ser inmortal. Atribuía tal seguridad a sus avances en el estudio anatómico de algunos órganos humanos. Tomó el testigo alquimista pero siguiendo otra senda. Ya no había que ir tan lejos para encontrar la respuesta a nuestra vida finita, el secreto estaba dentro de nosotros. Bastaba con mirar a nuestras entrañas para saber que había que “arreglar”. Hasta nuestros días, son muchos los que han dedicado parte de su tiempo finito a buscar algo que nos llevara a hacerlo infinito. A la vista está que los resultados no han sido del todo satisfactorios y cada vez somos bombardeados con más noticias oportunistas, pero ¿Estamos realmente cerca de solucionar este problema? Y lo más enigmático ¿Tiene éste problema solución alguna?

La esperanza de vida es el período medio que se estima que vive una especie en un momento determinado. El hecho de que en algunas especies pueda variar considerablemente (hasta el punto de triplicarse en pocos cientos de años) nos lleva a pensar que no hay un mecanismo que se accione en un momento exacto provocando la interrupción de las funciones vitales. La fisiología no es la misma con la gradación temporal y es el principal indicador de que el proceso de la vida está coordinado y regulado por un sistema continuo, con actividad en todo momento.

Atendiendo a qué es lo que sucede en un organismo con el paso de los años nos vemos obligados a pensar en sus unidades de vida más simples: las células. Cada célula tiene un ciclo definido en varias fases y normalmente con un tiempo bien definido. Esto significa que las células que forman parte de cada uno de nuestros órganos o tejidos tiene una  duración limitada y deben ser reemplazadas. Así una célula programada genéticamente para hacer una función la llevará a cabo durante todo su ciclo (salvo puntualmente en la división) o bien solo cuando sea necesaria. En un momento determinado que puede ser espontáneo o inducido la célula empezará a prepararse para dividirse. Primero doblará todo su contenido de forma ordenada, algunas biomoléculas primordiales seguidas del material genético y por último la división o la muerte celular. La división (que puede ser mitótica o meiótica) es el proceso por el cual se forman a partir de una célula progenitora dos células hijas que contienen la totalidad o la mitad de la cantidad de material genético heredado respectivamente. La alternativa es la muerte celular que puede ser programada (apoptosis) o accidental (inducida). La única pega que tiene el proceso de división es que éste no es una sucesión infinita, es decir, una célula no puede dividirse hasta siempre porque tiene un límite. Los límites de las divisiones celulares son variables, sabemos que en laboratorio una célula puede llegar hasta 60 divisiones aunque le pase factura. También puede inmortalizarse esta célula y superar el número máximo de divisiones, pero lo hace a un ritmo muy descontrolado y presentando aberraciones de metabolismo y crecimiento. Son las células cancerígenas o tumorales.

Volviendo a la referencia del límite de divisiones, de la primera célula progenitora (ya diferenciada) hasta la última célula de la misma línea no se guarda una similitud perfecta. El material genético cambia durante todo el ciclo, se pueden acumular mutaciones o repartos equivocados entre las células hijas, que acaban produciendo diferencias fenotípicas a lo largo de la sucesión. Uno de estos cambios es la longitud de los extremos de los cromosomas, los telómeros. Cada cromosoma (continente del material genético durante la división) es copiado con más o menos fidelidad para ser heredado. Cuando el proceso de copia llega a los extremos no hay una terminación exacta ni eficaz, de manera que cada vez se va copiando menos cromosoma con la consiguiente pérdida de información genética. El fenómeno es progresivo y por ello ha sido constatado como un marcador de la edad biológica.

La enzima que se encarga de copiar los telómeros se denomina telomerasa. Se ha estudiado mucho acerca de ella y hace algo más de un año fue utilizada en un ensayo clínico para probar su papel. En un estudio con roedores donde se utilizó una sobreexpresión de la enzima telomerasa se encontraron unos resultados curiosos. Resulta que, como es lógico, al añadir más telomerasa conseguimos replicar un mayor número de genes y se conservan más los extremos cromosómicos. Esta acción permitió aumentar a los roedores más de un 20%  su longevidad. Se probó en roedores de mayor edad y aunque prorrogó igualmente su vida no lo hizo con tanta eficacia como la probada en los individuos más jóvenes. ¿Podemos ajustar la acción de esta enzima para alargarnos la vida al infinito? La respuesta es no. Aclarando que la acción de esta enzima en casos descontrolados puede provocar una tumoración severa (descontrolando los ciclos de algunos tipos celulares) la vida tiene un límite físico que no tiende a infinito.

Existen muchos motivos por los cuáles sabemos a nivel teórico que la inmortalidad no es posible. El primero de ellos es la oxidación. Cada bocanada de aire que damos es una menos que tenemos que dar. El mismo aire que necesitamos para vivir nos oxida. El efecto que produce el oxígeno inhalado es la liberación de radicales libres, productos del metabolismo que son muy inestables químicamente y pueden dañar nuestros genes. Aunque esta condición está reñida con nuestra supervivencia como individuos humanos, ya que no todos los organismos son aeróbicos, sí que hay otro inconveniente universal.

El ratio de mutación es un arma de doble filo.  Cada individuo nace con una dotación genética determinada que varía a través de las sucesivas mutaciones que se producen en cada división celular. El ratio mutacional es el número de mutaciones por unidad y ésta unidad pueden ser de tiempo o divisiones. Si éste fuera de 0 nos mantendríamos inmutables genéticamente, no habría diferencias entre las líneas celulares de un feto y de un anciano. Este hecho negaría en gran parte la evolución, perderíamos nuestra capacidad para adaptarnos y seríamos susceptibles a ser exterminados bajo cualquier minucioso cambio en nuestro entorno. Como en la realidad no es de esa manera, tenemos un ratio mutacional mayor que cero que nos obliga a acumular un número de variaciones que pueden provocar alteraciones. Una de los desórdenes más comunes es la autoinmunidad. Nuestro propio sistema immune realiza una purga donde puede llegar a reconocer como elementos extraños a células de nuestro organismo altamente mutadas. Es un sistema de autofagia, el pez que se muerde la cola, donde acabamos con nuestros propios elementos.

A estas mutaciones propias hay que sumarle el efecto de la epigenética, los cambios genéticos que produce el entorno, son responsables de los efectos del envejecimiento de los huesos y las fibras de colágeno cutáneas.

Pero tal vez el motivo teórico que nos aleja de la inmortalidad que se ha conocido con más anterioridad sea la Ley de Hayflick. El desequilibrio entre las divisiones y la muerte celular marca la diferencia entre juventud y vejez. Esta ley nos dicta que las células deben dividirse a un ritmo superior que el de células que mueren para poder mantener el organismo en un estado neutral (aunque en casos de divisiones descontroladas también se acorta la vida). Conforme nuestra edad avanza este ritmo se va perdiendo o va decreciendo de manera que no garantiza esa neutralidad de la misma manera que en edades menos avanzadas.

Aunque ya hemos visto que la inmortalidad es algo imposible para nosotros sí que hay un caso curioso, digno de analizar. La medusa Turritopsis nutricola puede envejecer y revertir este proceso. Después de nacer llegará a alcanzar la madurez sexual, a partir de ésta puede volver a su estado de pólipo (sexualmente inmaduro). Así la medusa puede envejecer y rejuvenecerse en una serie de ciclos que por el momento consideramos potencialmente infinitos. Sería algo así como poner del derecho y del revés el curioso caso de Benjamin Button sin parar.

Después de despejar nuestras dudas sobre si la inmortalidad es posible nos cambia el panorama. Nos surgen cada vez más preguntas, igual o más importantes que las que encabezaron el artículo. ¿Hasta dónde se puede prorrogar la longevidad humana? Aunque cálculos teóricos afirman que hasta los 120 años (aproximadamente) la respuesta a esta pregunta es nuevamente otra incógnita. ¿En qué estado de físico y de salud esperamos llegar a nuestros límites de máxima longevidad? ¿Tendemos a mirar más por la cantidad que por la calidad? ¿Es alargar la esperanza de vida uno de nuestros principales retos o lo es mejorar nuestra forma de vida hasta llegar a la vejez?

Dicen que lo mejor de los retos científicos es que cuando consigues descifrarlos no los has descifrado todavía. Ya tenemos una respuesta contundente a nuestras dudas sobre la eterna longevidad, pero se nos avecinan tantas nuevas por responder igual de intrigantes.