Transgénesis

Modificarán el genoma bovino para producir leche más nutritiva y menos alergénica

11 de Septiembre de 2017 -

Investigadores locales generarán bovinos transgénicos capaces de producir leche mejorada nutricionalmente, con mayor cantidad de ácidos grasos omega 3 y 6, que están en baja proporción en la leche de vaca, y sin la proteína implicada en cuadros alérgicos, que afectan a unos dos millones de personas en el país.

La transgénesis, que es un proceso de transferir genes de un organismo a otro, en este caso es usada para generar animales genéticamente modificados.

Para dentro de cinco años esperan lograr una ternera con capacidad de generar en su vida adulta leche de mejor calidad para el consumo humano que la que producen naturalmente los bovinos. Y, como una escala intermedia, en los próximos tres años crearán un ratón transgénico, con las modificaciones que luego se quieren trasladar a vacunos.

A partir de hacer cambios a nivel del genoma del animal a escala muy fina, suprimen información genética para inactivar la β-lactoglobulina, una de las proteínas más alergénicas de la leche de vaca, la cual no está presente en la humana. Y, a la vez, incorporan un gen, que no está naturalmente en la vaca, para que se exprese una proteína y produzca los ácidos grasos omega 3 y 6, beneficiosos para la salud.

El desarrollo de metodologías eficientes y confiables para logar modificaciones precisas en el genoma de los animales es un objetivo largamente buscado por la comunidad científica. Y el equipo de investigación del Departamento de Biología Molecular, dirigido por el doctor Pablo Bosch, de la Facultad de Ciencias Exactas Físico-Químicas y Naturales, está trabajando en esa línea, a partir de un ambicioso proyecto sobre modificaciones complejas del genoma bovino para generar ganado productor de leche nutricionalmente mejorada.

Recurren a potentes herramientas que permiten la manipulación intencional del genoma y esperan progresos revolucionarios en el área de la transgénesis animal. Trabajan con investigadores del Instituto Friedrich Loeffler de Alemania y de la Universidad de Hawái -Estados Unidos-.

Están haciendo estudios preliminares en células. Y tienen todo el sistema probado en el laboratorio.

Por un lado, usan un sistema basado en un transposón, que es un sistema muy eficiente para introducir un transgén al genoma que se busca modificar. Y, por el otro, usan CRISPR/Cas9, una herramienta molecular de última generación que sirve para editar o corregir el genoma de cualquier célula en lugares precisos.

Las células, luego de ser caracterizadas respecto a las modificaciones genéticas, serán utilizadas como donantes de núcleos para producir embriones mediante transferencia nuclear de células somáticas, que es el clonado. Es una estrategia de laboratorio para crear un embrión viable a partir de una célula corporal y un óvulo. La técnica consiste en tomar un ovocito e implantarle un núcleo donante de una célula somática.

Se prevé que las hembras bovinas generadas a partir de las células modificadas produzcan leche con mayor contenido de ácidos grasos poliinsaturados beneficiosos para la salud humana e hipoalergénica por carecer del principal alérgeno lácteo, la β-lactoglobulina.

Los experimentos diseñados apuntan a poner a puto estas novedosas metodologías transgénicas en la especie bovina y caracterizar a nivel molecular las modificaciones genómicas en los fibroblastos bovinos en cultivo previo a ser utilizados en la técnica de clonado.

“Se quiere generar ganado bovino con un genoma modificado. Y tener un rodeo que produzca leche con mejores características nutricionales, más parecida a la leche humana”, indicó el doctor Pablo Bosch. “Son dos objetivos en el mismo animal, por un lado, hacer que la leche no tenga más esa lactoglobulina. Y, por otro lado, agregar nueva información al genoma para que tenga los ácidos grasos omega 3 y 6, que disminuyen los riesgos de enfermedades cardiovasculares, mejoran el sistema inmune y se comportan como antiinflamatorios”.

“Son ácidos grasos esenciales que se encuentran en ciertos productos, como el pescado, la semilla de chía. Hay alimentos de origen animal y vegetal que tienen muchos de estos ácidos grasos. La leche los tiene en baja proporción, entonces, buscamos que tengan más de estos ácidos grasos poliinsaturados”.

El investigador se refirió a los progresos de la transgénesis. Dijo que mientras originalmente era sólo para agregar nueva información, actualmente, con las herramientas moleculares que se poseen, se puede también suprimir cierta información genética o modificarla.

Sobre la supresión de la proteína que genera alergia, comentó: “Hace algunos años ha surgido un sistema, que permite hacer cambios a nivel del genoma del animal a escala muy fina; podemos suprimir ciertos nucleótidos, cierta información que está en el genoma, de manera muy precisa, en lugares pre-establecidos del genoma. Y esto nos permite ir a un gen particular; en este caso al gen que produce esta proteína, la β-lactoglobulina, e inactivarla”.

Y respecto del agregado de nuevos componentes, dijo: “Se usa el transposón para incorporar un gen con el fin de que se exprese una enzima y se produzcan estos ácidos grasos poliinsaturados. Una manera de hacerlo sería que se coloque el material genético y de manera aleatoria, al azar, se introduzca en cualquier lado. Pero, en este caso, es un sistema más preciso, que nos permite a través de una enzima, la incorporación de ese material genético en ciertos lugares del genoma”. Y acotó: “Así es que tenemos ese gen, que no está naturalmente en la vaca. A partir de eso, se expresa una proteína, que es una enzima capaz de producir estos ácidos grasos poliinsaturados”.

“Se restringe esa expresión del gen sólo a la glándula mamaria. El resto del animal, si bien tendría esa información genética en cada una de sus células, no lo expresaría, de manera que sólo aparecerían estos ácidos grasos en la leche”.

Primero ratones y después bovinos transgénicos

Es un trabajo de biología molecular referido a ADN. Ahora el plan es trabajar con células in vitro, luego generar ratones transgénicos y finalmente trasladar el sistema a bovinos. Se va a desarrollar en el laboratorio esta línea celular de fibroblastos bovinos modificados y a generar embriones mediante clonado hasta que estén listos para transferir a las hembras. Luego quedarían la transferencia a las receptoras bovinas, la gestación de nueve meses y el nacimiento.

“Toda la información genética está codificada en una molécula, que es el ADN, que está en el núcleo de todas las células. En el laboratorio trabajamos con trozos de ADN, donde está la información que deseamos introducir”, explicó el investigador. Y agregó: “Ya tenemos todos estos sistemas en el laboratorio, como para empezar a modificar las células in vitro. Hemos hecho algunos ensayos, que se van a presentar ahora en un congreso en Tailandia. Son resultados preliminares, a partir de trabajar en el laboratorio, modificando las células genéticamente, in vitro”.

Este proyecto está financiado por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica y es a tres años. Los investigadores planean tener un animal nacido en unos cinco años. Después hay que esperar que crezca y se reproduzca o se pueda inducir la lactación hormonalmente, para ver que esto esté funcionando. Para que haya varios animales que produzcan leche, para alcanzar el mercado, el tiempo a esperar será mayor.

Pablo Bosch señaló: “Es todo un proceso. La producción de un animal transgénico, con estas características, es un objetivo a mediano o a largo plazo. Hemos planteado etapas. Primero, lo probamos en el laboratorio, en células. Tenemos la posibilidad de cultivar células de mamíferos y hacer las modificaciones e investigar si el sistema funciona adecuadamente”.

“El paso siguiente es realizarlo en ratones. Se va a replicar todo este sistema, para asegurarse de que funcione en esta especie. Esto lo vamos a hacer en colaboración con investigadores de Alemania, con quienes hace varios años venimos trabajando”.

“La etapa siguiente es pasar a la especie bovina. Modificamos genéticamente las células in vitro, en el laboratorio, en un frasco de cultivo. Y, luego, a esas células que ya han sido modificadas, las usamos para producir el animal, con la técnica de transferencia nuclear, que es el clonado”.

“A esa célula se la coloca en un óvulo, al cual le retiramos el material genético propio y le ponemos el material genético de esa célula modificada genéticamente”

Usan células de la piel para generar hembras

Trabajan con fibroblastos, que son células que están en la piel de los vacunos.

Toman esas células, las cultivan en el laboratorio y les hacen las modificaciones genéticas, para conseguir un tipo de animal con características específicas.

Por otro lado, obtienen ovarios de un frigorífico para extraer óvulos vacunos. A esos ovocitos les sacan el material genético propio y les ponen las células con el material genético que tienen en esos fibroblastos en cultivo. Esas células poseen todo el material necesario para poder llevar adelante un nuevo individuo.

Eso, que ya es un embrión reconstituido, lo cultivan in vitro por siete días, con lo cual ya está en condiciones de ser transferido a una hembra bovina sincronizada, es decir que está en la etapa justa para recibir ese embrión.

No hace falta cirugía. Se deposita el embrión en el útero. Y luego hay que esperar. La eficiencia de la técnica es muy baja, por lo que prevén trabajar con muchas hembras, con miras a la obtención de un animal transgénico.

Los fibroblastos modificados genéticamente son de una hembra, luego todas van a ser iguales, porque son clones. Esos animales tendrán la capacidad de reproducirse y sus crías poseerán estas nuevas características.

Apuesta al futuro

“Esto es aportar un poco al futuro. Se mira a largo plazo. Hay ciertas barreras éticas y de aprobación por parte de la gente sobre el uso de productos que provienen de animales transgénicos”, comenta el doctor Bosch.

“Los vegetales transgénicos están muy difundidos y, de hecho, comemos alimentos, semillas que son transgénicas. Pero, en el área animal es más lento el desarrollo y la aceptación por parte de la gente. Sin embargo, se han ido haciendo avances importantes, ya existen fármacos que provienen de animales transgénicos, que han sido aprobados en Europa y Estados Unidos, y se comercializan. Del mismo modo que en Estados Unidos se aprueba el consumo de animales clonados. Es decir que de a poco se avanza”

Desde hace siete vienen estudiando en esta línea. Trabajan en un laboratorio de cultivo, cuentan con un microscopio de gran alcance y otros equipos para la micromanipulación de las células y los embriones.

Tijeras biológicas para agregar ácidos grasos

El transposón está tomado de la naturaleza. Se sabe que hay elementos genéticos, partes del ADN de las células, que puede moverse. Las enzimas que cortan ciertos segmentos y los mueven dentro del genoma, se conocen como transposones.

Hay una enzima, la transposasa, que corta una determinada secuencia de ADN y la mueve dentro del genoma a otro lugar.

Se la usa como una herramienta, puesto que esta enzima puede cortar y trasladar una porción de ADN al genoma.

“Se utilizan plásmidos, una molécula circular de ADN, donde está el gen que se quiere utilizar. Por otro lado, se necesita introducir la enzima, que es la encargada de cortar la porción del gen sobre el que se tiene interés e introducirla en el genoma”.

“Son como unas tijeras biológicas que cortan y colocan en el genoma la porción de ADN que a nosotros nos interesa”, ilustró Pablo Bosch.

En este caso específico, es este gen de la enzima el que produce los ácidos grasos poliinsaturados, los omegas seis y tres.

Explicó el investigador: “Introducimos en la célula el gen que nos interesa y, por otro lado, introducimos la enzima, en este caso un gen para la enzima. Esas células van a comenzar a producir esa enzima, que se llama transposasa, que lo que hace es cortar la secuencia del gen que a nosotros nos interesa, también corta el genoma de la célula huésped y lo introduce”. Agregó: “De manera enzimática, lo cual es más preciso, podemos introducir la secuencia. Los métodos anteriores eran al azar. Se introducía el gen de interés y, como normalmente hay rupturas en el ADN de las células, por azar el gen se introducía. En cambio, esto es mucho más preciso, porque hay una enzima que está catalizando, facilitando ese proceso de incorporación”.

Para inhibir la proteína alergénica de la leche

Usan un sistema nuevo, adaptado de un mecanismo natural de defensa que existe en bacterias, conocido como CRISPR/Cas9. Esta metodología permite crear cambios en el ADN de las células de manera precisa y eficiente.

La proteína β-lactoglobulina es la que se quiere inactivar. Y, como se conoce la secuencia de ADN genómico que codifica esta proteína láctea, los investigadores diseñan esta herramienta para que vaya específicamente a ese lugar donde una enzima cataliza un corte de la cadena de ADN. Después, la célula intenta reparar el daño causado, pero normalmente lo realiza cometiendo errores en la secuencia de ADN, entonces ese lugar queda diferente y la proteína no se sintetiza más.

Las células que utilizan estos investigadores crecen adheridas al plástico de las placas de cultivo, en un medio de cultivo que provee los nutrientes necesarios para su crecimiento y dentro de una estufa que provee la temperatura y una atmosfera apropiada. Y se las puede congelar en nitrógeno líquido para mantenerlas por mucho tiempo, a bajísima temperatura de -196º C.

DIRECCIÓN DE PRENSA Y DIFUSIÓN

Imágenes: Área Fotografía UNRC

Epígrafes:

1- Estufas donde se cultivan las células

2- Control de crecimiento de cultivos celulares

3- Doctor Pablo Bosch, en el Laboratorio Dr. Héctor Balegno, del Departamento de Biología Molecular, de la Facultad de Ciencias Exactas UNRC

4- Trabajo de observación y control en el laboratorio de cultivo, donde hay un microscopio de gran alcance y otros equipos para la micromanipulación de las células y los embriones.

5- Fibroblastos fetales bovinos, que son células que están en la piel de los vacunos.

Las cultivan en el laboratorio y les hacen las modificaciones genéticas, para conseguir un tipo de animal con características específicas.

6- Placas de cultivo.

7- Trabajo en campanas de flujo laminar. Los cultivos celulares deben mantenerse limpios. Para evitar contaminaciones, se usan estos dispositivos que generan un espacio estéril.