Por Adriana Almeida
Durante los últimos 70 años una buena parte del capital destinado para la investigación se ha enfocado en la búsqueda por garantizar el abastecimiento y la calidad nutricional de alimentos para la humanidad. Estos esfuerzos se han enfocado en el mejoramiento agrícola de plantas y animales. En plantas, se han generando cultivos más productivos, con mayores resistencias a plagas y a enfermedades, que combinados con el uso de fertilizantes y técnicas de riego, generaron un incremento como nunca antes visto en la producción agrícola en los años 70’s y 80’s conocido como ‘la segunda revolución verde’ [1]. Esfuerzos igualmente importantes se han generado en el mejoramiento animal, en el cual se han hecho avances significativos para la selección y preservación de características de interés en animales para la producción de carne, leche y huevos. En este artículo les comentaré a manera general los avances en el mejoramiento genético animal, con especial énfasis en el uso de la clonación por medio de la transferencia nuclear de células somáticas en animales de establo.
Seleccionar para mejorar
El inicio de la agricultura y la domesticación de animales se originó en el período Neolítico (7000 a 4000 a. C.), cuando muchas culturas ancestrales cambiaron sus hábitos de cazadores y recolectores nómadas, por hábitos sedentarios caracterizados por la siembra de semillas y la ganadería [2]. Desde entonces y hasta el siglo XIX, el hombre seleccionaba organismos (plantas y animales) para usar como progenitores con base en las características físicas que le interesaba mantener en las subsecuentes generaciones (método conocido como selección clásica). La obtención de individuos con características sobresalientes tomaba entonces mucho tiempo y dedicación [3].
Con el descubrimiento de las leyes de la herencia genética, por Gregorio Mendel a finales del siglo XIX, la selección de individuos tomó un nuevo matiz, basado en la selección de genes que determinan las características físicas, este tipo de selección se conoce como selección genética [3]. Esta selección basada en la información genética permite ‘rastrear’ genes de interés que se quieren mantener dentro de las poblaciones y ha permitido dinamizar los procesos de mejoramiento en los cultivos y en la crianza de animales.
Sin embargo, una vez se desarrollaba un individuo excepcional en sus características, era imposible perpetuar sus rasgos en las siguientes generaciones, debido a que sus descendientes solo heredan la mitad de su información genética y a eventos de recombinación entre los cromosomas heredados por ambos parentales (cuando una hebra de material genético se separa y se pega a otra hebra de material genético diferente) [4]. Desde 1970’s el desarrollo de la biotecnología y de técnicas moleculares han buscado desarrollar técnicas para mantener y perpetuar los logros de la selección genética. Dentro de los avances en el mejoramiento animal podemos mencionar los siguientes:
a. División celular de embriones: Separación de las células que componen un embrión que se encuentra en sus primeras fases de división celular. Cada una de las células que aún no se han diferenciado por tejidos, tienen el potencial de seguir multiplicándose y de regenerar embriones, produciéndose así gemelos, trillizos o cuádruples a partir de un embrión individual. Este método generó los primeros mamíferos genéticamente idénticos (clones), con la limitante en el número de individuos que podían ser producidos por procedimiento (generalmente 4, máximo 6) [5].
b. Inducción de ovulación múltiple: Hembras seleccionadas son inducidas a ovulación múltiple por medio de hormonas. Las hembras son fertilizadas, generalmente por inseminación artificial. Los embriones son entonces colectados de la hembra y se implantan en otras hembras para que se produzca la gestación [6].
c. Fertilización in vitro: Criopreservación de esperma y de óvulos para producir embriones por medio de la fertilización in vitro. Los embriones son entonces seleccionado por su sexo (si la selección es para producción de leche, se escogerán hembras, si es para producir machos como futuros parentales, se escogerán los machos, etc). Los embriones seleccionados son criopreservados y se comercializan individualmente para ser implantados en hembras para que se produzca la gestación [7].
d. Inseminación artificial: El esperma de machos seleccionados es criopreservado y comercializado para fertilizar hembras en ovulación [8].
e. Clonación: Sustitución del núcleo de un óvulo no fertilizado por otro núcleo que contiene las características genéticas deseadas. Dos metodologías han sido implementadas, el núcleo que se implanta proviene de una célula germinal (células que forman los gametos, como los espermatozoides y los óvulos) o proviene de una célula somática (células que forman el tejido y los órganos de un ser vivo) [9].
Había una vez una ovejita llamada Dolly: breve reseña sobre la clonación en animales de establo para el consumo humano
La clonación de animales se inició en ranas, pues sus óvulos son grandes y la remoción e intercambio de núcleos es menos complicada comparado con otros animales. Sin embargo, el porcentaje de éxito en los primeros ensayos de clonación en anfibios no fueron muy exitoso, pues los embriones morían antes de volverse renacuajos [10]. La técnica de transferencia nuclear, desarrollada por Gurdon y colegas en la Universidad de Oxford, ha sido implementada en otros animales incluyendo los mamíferos. La clonación en mamíferos se ha implementado como una herramienta para mejorar las eficiencias en los cruzamientos para selección, para la preservación de la diversidad de especies e incluso para conservar las características particulares de una mascota o de un animal utilizado en competencias deportivas [11].
La primera clonación de mamíferos por medio de la transferencia nuclear de una célula de blastocisto (estructura embrionaria en una de las etapas tempranas de desarrollo del embrión) a un óvulo sin fecundar fue exitosa en 1995, con el nacimiento de las ovejas ‘Megan y Morag’. Un año después, el mismo laboratorio logró clonar la primera oveja a partir de la transferencia nuclear de una célula somática adulta a un óvulo, noticia que le dió la vuelta al mundo en 1996, cuando se dió a conocer al público el nacimiento de la oveja ‘Dolly’ [9]. Dolly vivió en cautiverio por razones de seguridad durante 6 años, hasta que murió en el 2002, a causa de un cáncer de pulmón, posiblemente causado por el retrovirus ‘Jaagsiekte’. Este retrovirus infecta comúnmente ovejas en cautiverio, por esta razón, Wilmut y sus colegas consideraron que la muerte temprana de Dolly no necesariamente estuvo ligada a su origen clonal. Desde entonces, muchos otros mamíferos han sido clonados hasta el presente, incluyendo al primer bovino en 1998, la primera cabra en 1999, y el primer porcino en 2000 [11].
Uno de los objetivos principales en el generación de animales de establo clonados ha sido el preservar las características de aquellos animales élite en la producción de carne o leche para ser utilizados para el consumo humano. El porcentaje de éxito en la clonación de estos mamíferos es aún reducido, debido a la enorme cantidad de pasos a seguir en el proceso de desarrollo de los embriones luego de la clonación. Adicionalmente, durante la clonación, se puede incrementar el riesgo en la generación de anormalidades congénitas (adquiridas durante la vida ultrauterina), incremento en el tamaño de los fetos, desarrollo deficiente de la placenta por parte de las hembras gestantes, lo que genera un incremento en la muerte de los neonatales. A pesar de el bajo porcentaje de supervivencia por parte de los animales clonados, se ha reportado en algunos estudios, que una vez el animal clonado nace e inicia su desarrollo, generalmente se desarrolla de manera normal comparado con los animales no clonados [12].
Perspectivas comerciales
La producción de animales clonados es aún un proceso lento, costoso e incierto. Actualmente en Norte América y en la Unión Europea se están generando clones bovinos y porcinos seleccionados para la producción de semen y óvulos para la producción de nuevas generaciones por medio de la fertilización in vitro o la inseminación artificial. Estas nuevas generaciones son desarrolladas para la producción de carne y de leche. Los científicos y productores de estos alimentos esperan que entre el 2010 y el 2015 se haya mejorado la técnica de clonación y se reduzcan los costos para poder generar animales clonados para la producción de carne y leche [11].
El consumo de clones: la controversia
Los avances en ciencia y tecnología no dan espera, y como suele suceder, a pesar que la clonación de mamíferos mostró resultados quince años atrás, los gobiernos del mundo aún están en proceso de desarrollo de las políticas para el uso y el consumo de los animales clonados.
La Agencia de estándares alimenticios del Reino Unido (del inglés UK’s Food Standards Agency, FSA) y la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (del inglés, US Food and Drug Administration, FDA) son los organismos encargados de determinar si los alimentos provenientes de animales clonados son aptos para el consumo humano en la Unión Europea y Norte América, respectivamente [13]. En el 2003, la FDA emitió un reporte preliminar en el que indica que no hay riesgo en la salud humana generado por productos derivados de animales clonados adultos que se hayan desarrollado normalmente [14].
Estudios científicos comparando las características bioquímicas de la leche y la carne de animales clonados y no clonados han demostrado que no existen diferencias significativas en cien parámetros bioquímicos diferentes que fueron comparados [15]; [16]. Sin embargo, no sobra decir que aún falta mucha información por ser verificada. Cada labotario dedicado al desarrollo de animales clonados deberían (pero aún no es obligatorio) realizar los análisis pertinentes para determinar si los productos derivados de dichos clones generan o no un riesgo para la salud humana.
A pesar que los resultados de dichos análisis no demuestren riesgo en la salud humana por el consumo de clones animales, poca de esta información ha sido comunicada masivamente al público. Según las encuestas, el público muestra una actitud ambivalente o con tendencia a una posición en contra de los avances en el mejoramiento animal por medio de la biotecnología [11], posiblemente en parte por falta de información o por que no consideran éticos los procesos de manipulación genética que se han desarrollado con la biotecnología. Es por ello que es importante comunicar de manera clara y realista los avances científicos y el impacto que estos pueden generar en la población. De la misma manera, las agencias encargadas de regular y generar las políticas alimentarias deberían interactuar con el público para el desarrollo y la divulgación de las políticas reguladoras de organismos clonados.
A manera de conclusión
El desarrollo de la clonación animal ha abierto un umbral con grandes potenciales, desde entender los misterios del desarrollo y de algunas enfermedades congenitas, hasta poder utilizarlo como una herramienta para dinamizar los procesos de selección y mejoramiento animal, y para preservar los recursos genéticos (se pueden clonar organismos de especies extintos o en vía de extinción que luego pueden ser liberados a la vida silvestre). Sin embargo, es de vital importancia para el futuro uso e implementación de estos procesos biotecnológicos, que el público sea consultado y comunicado asertivamente, pues al final somos todos nosotros los consumidores finales de los alimentos y productos derivados de estas tecnologías. Es importante realizar estudios detallados sobre el posible impacto que estos organismos puedan tener sobre poblaciones naturales de la misma especie, si éstas aún existen. De la misma forma, es importante implementar leyes que obliguen a los laboratorios que están desarrollando estos organismos a que realicen las pruebas pertinentes sobre la salud de los animales clonados hasta la edad adulta y a que comuniquen abiertamente al público sus resultados. De la misma forma, es importante que los gobiernos de cada país implementen sus políticas sobre el control y la regulación de los recursos de animales clonados lo antes posible y que estas políticas sean dadas a conocer en las comunidades. Hasta el momento no existe ninguna ley que obligue a los productores de alimentos derivados de animales clonados a colocar en las etiquetas de sus productos si estos alimentos contienen o no carne, leche u otros derivados provenientes de dichos animales, sin embargo sería ideal que el público pueda al final decidir o no si quieren consumir estos alimentos.
Referencias
[1]Echeverry Solarte. 2010. El sueño de la tercera revolución verde. http://biogenic-colombia.blogspot.com/2010_04_01_archive.html
[2]http://www.bioworldusa.com/agriculture/history-agriculture
[3]Wayne, Robert. 1999. Breeding hybrid varieties of outcrossing plants. Chapter 14. In: Principles of Plant Breeding. Jonh Wiley & Sons, Inc.
[4]Barton NH and Charlesworth B. 1998. Why sex and recombination? Science. Vol. 281, (5385) 1986-1990.
[5]Chan AWS, Dominko T, Luetjens CM, Neuber E, Martinovich C, Hewitson L, Simerly CR, Schatten GP. 2000. Clonal Propagation of Primate Offspring by Embryo Splitting. Science 287, 317-319.
[6]Gearheart WW, Smith C, Teepker G. 1989. Multiple ovulation and embryo manipulation in the improvement of beef cattle: relative theoretical rates of genetic change. Journal of Animal Sciences 67 (11) 2863-2871.
[7]Brackett BG, Bousquet D, Boice ML, Donawick WJ, Evans JF, and Dressel MA. 1982. Normal development following in vitro fertilization in the cow. Biology of Reproduction. 27, 147-158.
[8]Gwazdauskas FC, Lineweaver JA and Vinson WE. 1980. Rates of Conception by Artificial Insemination of Dairy Cattle. Journal of Dairy Science. 64 (2) 358-362.
[9]Wilmut I, Schnieke AE, McWhlr J, Kind AJ and Campbell KHS. 1997. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature (385) 810-813.
[10]Gurdon JB and Byrne JA. 2003. The first half-century of nuclear transplantation. PNAS 100 (14) 8048-8052.
[11]Suk J, Bruce A, Gertz R, Warkup C, Whitelaw CBA, Braun A, Oram C, Rodriguez-Cerezo E, and Papatryfon I. 2007. Dolly for dinner? Assessing comercial and regulatory trends in cloned livestock. Nature Biotechnology 25 (1) 47-53.
[12]Cibelli JB, Campbell KH, Seidel GE, West MD and Lanza RP. 2002. The health profile of cloned animals. Nature Biotechnology (20) 13-14.
[13]Dixon B. 2010. Cloned cow controversy. Current Biology 20 (16) R657-R658.
[14]http://www.fda.gov/cvm/Documents/CLRAES.pdf
[15]Tian XC, Kubota C, Sakashita K, Izaike Y, Okano R, Tabara N, Curchoe C, Jacob L, Zhang Y, Smith S, Bormann C, Xu J, Sato M, Andrew S, Yang X. 2005. Meat and milk compositions of bovine clones. Proc Natl Acad Sci. USA 102, 6261-6266.
[16]Norman HD and Walsh MK. 2004. Performance of dairy cattle clones and evaluation of their milk composition. Cloning Stem Cells 6, 157-164.
Por Leonardo Galindo
La palabra clon causa en ocasiones consternación entre nosotros; clonar animales o personas son pensamientos que despiertan inquietudes éticas y morales profundas, y aunque para muchos la clonación parece ser algo creado en el ámbito científico, a muchos les asombraría saber que los clones han estado aquí desde la época en que se originó la vida.
¿Pero que es un clon realmente? En biología hablamos de organismos clonales cuando tenemos dos o más individuos genéticamente iguales, es decir cuya secuencia del genoma (todos los caracteres consecutivos que conforman su ADN), es la misma. Este es un evento que para muchos de nosotros es difícil imaginar, o algo que solo unos pocos se dedicarían a estudiar. Sin embargo, los clones no son entidades producidas exclusivamente en un laboratorio. De hecho los primeros organismos sobre la faz de la tierra, cuyos descendientes son aún hoy en día a mi parecer los seres vivos más exitosos, eran clones bacterianos. Las bacterias son organismos unicelulares cuyo material genético (ADN) no esta contenido en un núcleo. Estos organismos se reproducen comúnmente por un proceso conocido como fisión binaria (aunque existen otros procesos de reproducción que ocurren en menor medida), en el cual la célula madre crece y produce dos copias exactas del material genético, para finalmente dividirse en dos células, cada una de las cuales recibe una copia del ADN, dando como resultado dos organismos clonales de forma natural (este mecanismo de reproducción es también llamado asexual, pues los descendientes no tienen material genético de dos progenitores como ocurre en la reproducción sexual). La fisión binaria ocurre de forma exponencial, de modo que a partir de una bacteria miles de clones se crean al cabo de pocas horas.
Sin embargo, existe una contradicción evidente entre aquello que empieza como un clon pero no termina como tal. Incluso los organismos clonales dejan de serlo eventualmente debido a errores cometidos en la replicación del ADN (un tipo de mutación), previo a la división celular. Aunque al parecer las bacterias tienen tasas de mutación tan bajas como un cambio en 100 millones de bases (las bases son los caracteres que conforman el ADN) por cada generación, el hecho de que la multiplicación bacterial sea exponencial hace que estas tasas de mutación se incrementen de manera concordante [1]. A dichas mutaciones se suman las que surgen en consecuencia de las presiones ambientales; por ejemplo, cuando las bacterias son sometidas a medios en condiciones en las que nutrientes específicos son limitados, se genera una condición de estrés fisiológico que resulta en crecimiento reducido y tasas de mutación más altas de lo normal [2]. Como resultado, aunque luego de la primera fisión binaria los dos organismos son clonales, al cabo de unas horas ya es posible tener grupos de bacterias donde se puede encontrar un buen porcentaje de diferencia en los caracteres que conforman la información genética.
Estos cambios intrínsecos debido a los errores cometidos por los mecanismos encargados de la duplicación del material genético, junto a la recombinación y flujo de genes, han permitido que dependiendo de las presiones ambientales, ciertos organismos con ventajas reproductivas prevalezcan frente a otros. Experimentos en laboratorio indican que la alteración de las proteínas encargadas de la duplicación del material genético, producen tasas de mutación más altas de lo normal, que alteran las características fenotípicas y fisiológicas de los mutantes [3]; por lo tanto, las bacterias con tasas de mutación diferente pueden tener una ventaja de crecimiento, mostrando que la diversificación puede ser útil a la hora de un estrés externo, pues ciertas poblaciones pueden finalmente tener una ventaja reproductiva ante condiciones cambiantes. Este fenómeno ocurre así mismo en poblaciones naturales en donde las mutaciones producidas a medida que las bacterias se duplican, generan individuos con características de crecimiento divergentes, lo cual resulta ventajoso a la hora de encontrarse con ambientes así mismo distintos [4]. A pesar de que en ocasiones las tasas de mutación altas pueden ser favorables ante un cambio ambiental, un incremento desproporcionado pueden empezar a introducir cambios que alteren procesos fundamentales, generando incluso la muerte de la colonia [5]. Aunque las poblaciones bacterianas pueden cambiar sus tasas de mutaciones debido a las influencias externas, propiciando niveles de estabilidad variables [6], esto no quiere decir que el ambiente moldee la evolución bacteriana de manera direccionada, pues los cambios en las tasas de mutación son en general una respuesta de estrés fisiológico, que generan mutaciones en el ADN mas o menos aleatorias, de las cuales algunas pueden ser favorables para enfrentar una condición ambiental determinada.
Posiblemente uno de los ejemplos más claros de la existencia de este hecho es la resistencia a antibióticos generada por ciertas bacterias patogénicas. Cuando una persona tiene una infección bacteriana los doctores usan en ocasiones antibióticos para acabar con la enfermedad. Sin embargo, al mismo tiempo que nosotros tratamos de combatir la infección con medicinas, las bacterias también se están reproduciendo e introduciendo pequeños cambios en el genoma en cada ciclo de replicación, o poseen genes de resistencia a ciertas sustancias antimicrobianas. Tanto la posesión de genes resistentes como la introducción de mutaciones, permiten la supervivencia de algunas bacterias, lo cual resulta eliminación de las bacterias no resistentes. Como las únicas bacterias restantes son las resistentes, ellas pueden ahora multiplicarse y ocupar el lugar de las eliminadas creando una nueva población de bacterias predominantemente resistentes.
Las bacterias nos son más que un ejemplo, pero probablemente uno muy evidente, de la evolución de los organismos en nuestro planeta y de como los cambios en la diversidad genética de los organismos permiten a algunos acoplarse mejor a las condiciones cambiantes del ambiente. Todo ser viviente en la tierra se ha originado a partir de los cambios desde ese primer organismo unicelular durante millones de años. Al parecer el primer experimento de un ser viviente fue el más exitoso, pues no solo fue el punto de partida para todo los organismos que existen hoy en día, sino que aún son los organismos mas abundantes y diversos sobre la faz de la tierra.
Suena contradictoria la idea de que la vida surgió a partir de clones, dado que difícilmente podremos identificar si no observamos detalladamente. A pesar de sus tasas de mutación, las bacterias son el ejemplo más simple de los clones naturales y su historia y procesos básicos se repiten una y otra vez en todos los organismos sobre nuestro planeta.
Referencias
[1]Pray, L. (2008). "DNA replication and causes of mutation." Nature Education 1(1).
[2]Ferenci, T. (2008). Bacterial physiology, regulation and mutational adaptation in a chemostat environment. Advances in Microbial Physiology, Vol 53. San Diego, Elsevier Academic Press Inc. 53: 169-+.
[3]Loh, E., J. J. Salk, et al. (2010). "Optimization of DNA polymerase mutation rates during bacterial evolution." Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107(3): 1154-1159.
[4]Roth, J. R., E. Kugelberg, et al. (2006). "Origin of mutations under selection: The adaptive mutation controversy." Annual Review of Microbiology 60: 477-501.
[5]Denamur, E. and I. Matic (2006). "Evolution of mutation rates in bacteria." Molecular Microbiology 60(4): 820-827.
[6]Kivisaar, M. (2003). "Stationary phase mutagenesis: mechanisms that accelerate adaptation of microbial populations under environmental stress." Environmental Microbiology 5(10): 814-827.