Ratones con genes desactivados

¿Para qué se usan los ratones con genes desactivados?

Dejar fuera la actividad de un gen ofrece pistas valiosas sobre lo que ese gen hace normalmente. Los seres humanos tienen muchos genes en común con los ratones. Por consiguiente, observar las características de ratones con genes desactivados da a los investigadores información que puede usarse para entender mejor cómo un gen similar pudiera causar o contribuir a enfermedades en seres humanos.

Algunos ejemplos de investigaciones en que los ratones con genes desactivados han sido útiles incluyen el estudio y modelado de distintos tipos de cáncer, obesidad, enfermedades cardíacas, diabetes, artritis, alcoholismo y drogadicción, ansiedad, envejecimiento y enfermedad de Parkinson. Los ratones con genes desactivados también ofrecen un contexto biológico donde pueden desarrollarse y ponerse a prueba los medicamentos y otros tratamientos.

Muchos de estos modelos murinos (de ratón) toman el nombre del gen que ha sido desactivado. Por ejemplo, el ratón "noqueado" p53 lleva el nombre del gen p53, que codifica una proteína que normalmente suprime el crecimiento de tumores al frenar la división celular. Los seres humanos que nacen con mutaciones que inactivan al gen p53 padecen del síndrome de Li-Fraumeni, una afección de la salud que aumenta drásticamente el riesgo de contraer cánceres de hueso, cáncer de mama y cánceres sanguíneos en una temprana edad.

Otros modelos murinos reciben nombres, a menudo con un carácter creativo, conforme a sus características físicas o comportamientos. Por ejemplo, "Matusalén" es un modelo de ratón con genes desactivados, destacado por su longevidad, mientras que "Frenético" es un modelo útil para estudiar trastornos de ansiedad.

¿Cuáles son las desventajas de los ratones con genes desactivados?

Si bien la tecnología de los ratones con genes desactivados representa una herramienta de investigación valiosa, existen algunas limitaciones importantes. Alrededor del 15 por ciento de las desactivaciones génicas son mortales desde un punto de vista del desarrollo, lo cual significa que los embriones alterados genéticamente no pueden crecer para convertirse en ratones adultos. La falta de ratones adultos limita los estudios al desarrollo embrionario y, a menudo, hace más difícil determinar la función de un gen en relación con la salud humana. En algunos casos, el gen podría desempeñar una función distinta en los adultos que en los embriones en desarrollo.

Desactivar un gen también podría no producir un cambio observable en un ratón o pudiera incluso producir distintas características de aquellas observadas en los seres humanos en quienes está inactivado el mismo gen. Por ejemplo, las mutaciones en el gen p53 están asociadas con más de la mitad de los cánceres humanos y, a menudo, producen tumores en un grupo específico de tejidos. Sin embargo, cuando el gen p53 se desactiva en los ratones, los animales desarrollan tumores en una serie distinta de tejidos.

A pesar de estas desventajas, los ratones con genes desactivados ofrecen uno de los medios más poderosos disponibles en la actualidad para el estudio de la función génica en un animal vivo. Tales estudios acelerarán las tareas para traducir los conocimientos recién adquiridos de los genomas del ser humano y el ratón a mejores estrategias para el diagnóstico, tratamiento y prevención de las enfermedades humanas.

¿Cómo se crean los ratones con genes desactivados?

Los investigadores comienzan obteniendo células madres embrionarias (ME) de embriones murinos en las primeras etapas, cuatro días después de la fecundación. Las células ME se usan porque pueden diferenciarse en casi cualquier tipo de célula adulta, lo cual significa que si un gen se desactiva en una célula ME, los efectos pueden observarse en cualquier tejido de un ratón adulto. Además, las células ME cultivadas en el laboratorio pueden usarse para crear ratones con genes desactivados hasta por 10 años después de su obtención.

Para producir ratones con genes desactivados, los investigadores usan uno de dos métodos para insertar ADN artificial en los cromosomas hallados en los núcleos de las células ME. Ambos métodos se llevan a cabo in vitro, es decir, en células cultivadas bajo condiciones de laboratorio.

En la primera estrategia, conocida como manipulación [o modificación] genética dirigida o recombinación homóloga, los investigadores manipulan específicamente a un gen en el núcleo de una célula ME. Por lo general, esto se hace al introducir un segmento artificial de ADN que tiene una secuencia idéntica, u homóloga, en común con el gen. Esta secuencia homóloga flanquea la secuencia de ADN existente del gen, tanto secuencia arriba (dirección 5?) como secuencia abajo (en dirección 3?), de la ubicación del gene en el cromosoma. La propia maquinaria nuclear de la célula reconoce automáticamente los tramos idénticos de la secuencia e intercambia el gen existente o parte de un gen con el segmento artificial de ADN. Debido a que el ADN artificial está inactivo, llevando tan sólo un marcador genético, o "gen indicador", diseñado para dar seguimiento, el intercambio elimina, o "noquea", la función del gen existente.

En la segunda estrategia, denominada atrapamiento genético, los investigadores nuevamente manipulan un gen en una célula ME. No obstante, en lugar de dirigirse directamente a un gen de interés, se utiliza un proceso al azar. Se diseña un segmento de ADN artificial que contiene un gen indicador para insertarse al azar en cualquier gen. El segmento insertado de ADN artificial impide que la maquinaria de "corte y empalme" del ARN de la célula funcione adecuadamente, impidiendo así que el gen existente produzca su proteína designada y, por ende, desactivando su función. Al igual que con la primera estrategia, los investigadores pueden dar seguimiento a la actividad del gen indicador artificial para descifrar el patrón normal de actividad del gen existente en los tejidos del ratón.

Tanto en la manipulación genética dirigida como en el atrapamiento genético, el vehículo utilizado para transportar el ADN artificial a las células ME a menudo consiste en un vector vírico modificado o en un fragmento lineal de ADN bacteriano. Después de haberse insertado el ADN artificial, las células ME que han sido genéticamente modificadas se cultivan en una caja Petri por varios días y se inyectan en los embriones murinos en las primeras etapas. Los embriones se implantan en el útero de una ratona para que se desarrollen en crías murinas.

Las crías producidas tienen algunos tejidos en los que se ha desactivado un gen, aquellos derivados de las células ME modificadas. Sin embargo, también tienen algunos tejidos normales derivados de los embriones no modificados en los que se inyectaron las células ME modificadas. Por consiguiente, éstos no son ratones con genes desactivados en su totalidad. Es necesario cruzar dichos ratones para producir linajes de ratones en que ambas copias del gen (una en cada cromosoma) estén desactivadas en todos los tejidos. Los investigadores se refieren a tales ratones como ratones homocigóticos con genes desactivados.

¿Qué método de producción es el mejor?

Tanto la manipulación genética dirigida como el atrapamiento genético tienen puntos fuertes. La ventaja de la manipulación genética dirigida es que si la secuencia del ADN del gen seleccionado como objetivo es conocida, los investigadores pueden desactivar con precisión el gen con un alto índice de eficacia.

La ventaja del atrapamiento genético es que los investigadores no necesitan saber las secuencias del ADN de genes específicos a fin de desactivarlos. Además, en el atrapamiento genético, puede usarse un solo vector con una capacidad de alto rendimiento para generar una serie de ratones en que se ha desactivado una variedad de genes.

La desventaja del atrapamiento genético es que no es tan eficaz ni específico como la manipulación genética dirigida porque no toda inserción exitosa del ADN artificial en un gen produce la pérdida de una función. Los investigadores a menudo deben dedicar una cantidad considerable de tiempo a realizar pruebas para identificar las células ME en las que uno o más genes han sido de hecho desactivados. Además, debido a que el atrapamiento genético es un proceso al azar, ciertos genes pudieran nunca ser afectados por el proceso debido a la estadística o porque el gen no está activo en las células ME, lo cual significa que no producirán el marcador que indique que el gen ha sido desactivado.