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Animales de laboratorio: la tecnología de edición de genes se utiliza para crear camadas de ratones solo para hembras y machos

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Se han producido camadas de ratones de un solo sexo, que comprenden solo cachorros hembras o machos, mediante la llamada tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9.  En la imagen: los ratones que fueron criados para crear camadas de un solo sexo.  Las partes negras de su pelaje son causadas por las células modificadas genéticamente, mientras que las partes blancas provienen de las partes no modificadas de su genoma.

Se han producido camadas de ratones de un solo sexo que comprenden solo cachorros hembras o machos mediante la denominada tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9.

La técnica, desarrollada por expertos del Instituto Francis Crick y la Universidad de Kent, funciona inactivando embriones de un sexo poco después de la fertilización.

Podría utilizarse para mejorar el bienestar de los animales en entornos agrícolas y de laboratorio donde, por diversas razones, solo se necesitan animales hembras o machos.

Es común que los animales del sexo no requerido sean sacrificados, una práctica que podría reducirse drásticamente controlando el sexo de los animales antes del nacimiento.

La técnica requiere la modificación genética de ambos padres para funcionar, sin embargo, el enfoque no sería adecuado para forzar el sexo de bebés de diseño.

Se han producido camadas de ratones de un solo sexo, que comprenden solo cachorros hembras o machos, mediante la llamada tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9. En la imagen: los ratones que fueron criados para crear camadas de un solo sexo. Las partes negras de su pelaje son causadas por las células modificadas genéticamente, mientras que las partes blancas provienen de las partes no modificadas de su genoma.

¿Cuándo se necesitan solo ratones hembras o machos?

No es infrecuente tanto en la investigación científica como en la agricultura que se requieran animales de un solo sexo.

El autor del artículo, el Instituto Francis Crick y el genetista James Turner explica: “Si bien muchas investigaciones necesitan ambos sexos, hay áreas de estudio en las que solo se necesita uno.

«Por ejemplo, al estudiar el sistema reproductivo, enfermedades específicas del sexo o ciertas hormonas».

Mientras tanto, los agricultores a menudo solo necesitan hembras. Estos, a diferencia de sus homólogos masculinos, son los que ponen huevos, producen leche y tienden a producir la carne más sabrosa.

Es común que se elimine el sexo no requerido en ambos entornos, una práctica que podría reducirse drásticamente al usar CRISPR-Cas-9 para controlar el sexo del animal antes del nacimiento.

La técnica, desarrollada por la genetista Charlotte Douglas del Instituto Francis Crick y sus colegas, funciona aprovechando las dos partes de la herramienta de edición genética CRISPR-Cas9.

La primera es Cas9, una enzima que corta el ADN, mientras que la segunda es el ‘ARN guía’ que lleva a Cas9 a la ubicación correcta en el genoma objetivo, lo que permite que los genes se inserten, eliminen o reemplacen en el punto deseado.

En su estudio de prueba de principio, los investigadores colocaron uno de estos dos elementos en el cromosoma X o Y de un futuro ratón padre, lo que significa que solo lo heredarán sus embriones femeninos o masculinos, respectivamente. .

El otro elemento de edición genética fue aportado por los cromosomas X de la madre del ratón, lo que significa que fue heredado por todos los embriones.

«Este método funciona ya que dividimos el proceso de edición del genoma por la mitad, entre un macho y una hembra, y solo cuando las dos mitades se encuentran en un embrión a través de la reproducción, se activa», dijo el Dr. Douglas.

El equipo apuntó a los elementos CRISPR-Cas9 en el llamado gen Top1, que es esencial para la replicación y reparación del ADN.

En consecuencia, explicó el Dr. Douglas, «los embriones con ambas mitades no pueden desarrollarse más allá de las etapas celulares muy tempranas».

Específicamente, los embriones del sexo objetivo, los que recibieron la mutación perjudicial, no se multiplican más allá de dividirse en alrededor de 16 a 32 células.

«También hemos demostrado que este proceso funciona con éxito en diferentes combinaciones, introduciendo el Cas9 o los elementos de ARN guía en los cromosomas de la madre o el padre», añadió el investigador.

El enfoque, informó el equipo, tiene un 100% de éxito y no produce ningún efecto dañino en los embriones supervivientes, aunque, quizás de forma algo contraria a la intuición, no da como resultado camadas al nacer que sean un 50% más pequeñas.

En cambio, el equipo descubrió que las camadas alteradas genéticamente variaban del 61 al 72 por ciento del tamaño de las camadas de control que se produjeron sin ninguna edición.

Según el Dr. Douglas y sus colegas, esto probablemente se deba a que los ratones se encuentran entre los animales que producen más huevos de los necesarios durante cada ciclo ovárico, lo que permite que algunos se pierdan durante el desarrollo temprano sin cortar el tamaño de la camada.

Independientemente, este impulso significa que, en caso de que se aplique la técnica de edición de genes, es posible que se requieran menos animales reproductores para producir la misma cantidad de crías del sexo deseado.

La técnica funciona aprovechando las dos partes de la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9.  La primera es Cas9, una enzima que corta el ADN, mientras que la segunda es el 'ARN guía' que lleva a Cas9 a la ubicación correcta en el genoma objetivo, lo que permite que los genes se inserten, eliminen o reemplacen en el punto deseado.  Representado: CRISPR-Cas9 en funcionamiento

La técnica funciona aprovechando las dos partes de la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9. La primera es Cas9, una enzima que corta el ADN, mientras que la segunda es el ‘ARN guía’ que lleva a Cas9 a la ubicación correcta en el genoma objetivo, lo que permite que los genes se inserten, eliminen o reemplacen en el punto deseado. Representado: CRISPR-Cas9 en funcionamiento

En el caso de que se requiera que la descendencia sobreviviente se reproduzca, solo albergan una parte de los elementos CRISPR-Cas9 dentro de su genoma, lo que significa que la selección del sexo no se transmitirá naturalmente a la siguiente generación.

(Sin embargo, anotaron los investigadores, el elemento podría activarse mediante la reproducción selectiva de animales con animales del sexo opuesto que contengan la segunda parte de la herramienta de edición genética).

De esta manera, las técnicas son distintas de los enfoques de ingeniería genética basados ​​en «impulsos genéticos», como, por ejemplo, los que se proponen para eliminar los mosquitos portadores de malaria, que buscan propagar una mutación determinada a través de una población.

Como el gen Top1 se puede encontrar en la mayoría de los mamíferos, la herramienta también debería ser aplicable a otros animales, explicaron los investigadores.

«Este trabajo podría tener un impacto inmediato y valioso en los laboratorios científicos», explicó el genetista y autor del artículo James Turner del Instituto Francis Crick.

Continuó: «Hemos demostrado cómo es seguro y eficaz en ratones, un mamífero común utilizado en la investigación médica y científica».

La técnica podría utilizarse para mejorar el bienestar animal tanto en el laboratorio como en entornos agrícolas donde, por diversas razones, solo se necesitan animales hembras o machos.  Es común que los animales del sexo no requerido sean sacrificados, una práctica que podría reducirse drásticamente controlando el sexo de los animales antes del nacimiento.  En la imagen: la industria avícola clasifica los polluelos por sexo en cintas transportadoras; los machos no deseados suelen macerarse poco después de la eclosión.

La técnica podría utilizarse para mejorar el bienestar animal tanto en el laboratorio como en entornos agrícolas donde, por diversas razones, solo se necesitan animales hembras o machos. Es común que los animales del sexo no requerido sean sacrificados, una práctica que podría reducirse drásticamente controlando el sexo de los animales antes del nacimiento. En la imagen: la industria avícola clasifica los polluelos por sexo en cintas transportadoras; los machos no deseados suelen macerarse poco después de la eclosión.

«Las implicaciones de este trabajo son potencialmente de gran alcance cuando se trata de mejorar el bienestar animal, pero deben considerarse a niveles éticos y regulatorios», dijo el autor del artículo y experto en genética molecular Peter Ellis de la Universidad de Kent.

“En particular, antes de cualquier uso potencial en la agricultura, se necesitaría una amplia conversación y debate público, así como cambios en la legislación.

«Desde el punto de vista científico, también queda mucho trabajo por hacer durante varios años. Se necesita más investigación, primero para desarrollar los conjuntos de herramientas de edición de genes particulares para diferentes especies, y luego para verificar que sean seguros y efectivos ‘.

Harry Leitch, un biólogo de células madre del MRC London Institute of Medical Sciences, que no participó en el presente estudio, estuvo de acuerdo y dijo: « Si se aplica a especies de ganado, esto podría reducir el sacrificio de animales y, por lo tanto, tener un impacto significativo en el bienestar animal. .

“Aunque el uso de tales tecnologías transgénicas en este entorno requeriría una extensa consulta de publicaciones y un cambio en la legislación existente en el Reino Unido.

«Como este sistema requiere la modificación genética de ambos padres, no es aplicable a la reproducción humana», advirtió.

Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista. Comunicaciones de la naturaleza.

¿QUÉ ES CRISPR-CAS9?

Crispr-Cas9 es una herramienta para realizar ediciones precisas en el ADN, descubierto en bacterias.

El acrónimo significa « Repeticiones palindrómicas agrupadas regularmente espaciadas ».

La técnica involucra una enzima de corte de ADN y una pequeña etiqueta que le dice a la enzima dónde cortar.

La técnica CRISPR / Cas9 utiliza etiquetas que identifican la ubicación de la mutación y una enzima, que actúa como pequeñas tijeras, para cortar el ADN en un lugar preciso, lo que permite eliminar pequeñas porciones de un gen.

La técnica CRISPR / Cas9 utiliza etiquetas que identifican la ubicación de la mutación y una enzima, que actúa como pequeñas tijeras, para cortar el ADN en un lugar preciso, lo que permite eliminar pequeñas porciones de un gen.

Al editar esta etiqueta, los científicos pueden dirigir la enzima a regiones específicas de ADN y hacer cortes precisos, donde quieran.

Se ha utilizado para «silenciar» genes, desactivándolos de forma eficaz.

Cuando la maquinaria celular repara la rotura del ADN, elimina un pequeño fragmento de ADN.

De esta manera, los investigadores pueden desactivar con precisión genes específicos en el genoma.

El enfoque se ha utilizado anteriormente para editar el gen HBB responsable de una condición llamada β-talasemia.

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