Por Adriana Arango
Clonación… un tema abordado por mas de 100 años y todavía en proceso de desarrollo, adecuación y aceptación. Así, como se describió previamente [1], la clonación natural es necesaria para la perpetuación de la especie, como en el caso de las bacterias, plantas y algunos especies del género animal (ejemplo: Hidra de agua dulce). Por otro lado, la clonación nuclear, implementada para clonar organismos (clonación reproductiva) o para reproducir una de sus partes con propósitos médicos (clonación terapéutica) en animales, o la clonación por medio de la micropropagación en plantas, están siendo ampliamente desarrolladas en diferentes campos como son agrícola, biotecnológico y médico. En este contexto, el presente artículo expone una de las técnicas mejor desarrolladas y mas utilizadas en los últimos años en clonación reproductiva animal, así como una de las técnicas mas usadas en clonación de plantas.
Algo de historia…
La historia en clonación reproductiva animal data de 1885 cuando el embriólogo alemán Hans Driesch separó dos células de embriones de erizo de mar, y observó que cada célula se desarrolló en una larva completa [2]. Posteriormente, en 1928, el científico alemán Hans Speman (Premio Nobel de medicina), condujo el primer experimento de transferencia nuclear tomando el núcleo del embrión de una salamandra y colocándolo en el ovulo de otra, dando origen a una salamandra clonada [3]. Desde entonces, se han conducido experimentos en diversas especies animales, desde ranas en 1952 por Robert Briggs y Thomas King [4], hasta camellos (Centro de Reproducción de Camellos en Dubai en 2009).
En cuanto a plantas, el proceso de clonación natural ha existido desde el principio de los tiempos, puesto que muchas especies tienen la capacidad de producir numerosas copias genéticamente idénticas. De esta forma, áreas forestales y parques naturales están poblados de especies clonadas naturalmente por propagación de raíces generando así nuevos brotes. Ahora, la clonación artificial de plantas, por medio de reproducción asexual, ya sea para la obtención de copias múltiples o para el desarrollo de especies genéticamente mejoradas con características deseadas, ha sido extensamente utilizada en la agricultura. Desde la utilización de esquejes, estolones, rizomas, tubérculos e injertos, hasta técnicas mas complejas como la micropropagación, han sido utilizadas para fines de conservación de especies, mejoramiento y desarrollo agrícola. Entre estas metodologías de clonación, el presente articulo se centrara únicamente en la micropropagación debido a que es una de las técnicas mas utilizadas actualmente. Esta técnica data desde 1902, cuando el Austriaco Gottileb Haberland desarrolló el tejido de cultivos. Desde entonces, los enfoques en técnicas biotecnológicas se han basado en la regeneración de plantas intactas. Sin embargo, fue hasta 1978, cuando formalmente se desarrollo la técnica de micropropagación.
Tipos de clonación
1. En animales
Con el avance en la investigación y la aplicación de nuevas tecnologías relacionadas con la reproducción animal, ha habido un incremento en el uso y aplicación de éstas en el mejoramiento genético; descrito previamente en el articulo de nuestro blog [5]. Entre éstas, la clonación reproductiva, la cual es la obtención de una copia idéntica al organismo clonado, es la mas comúnmente utilizada.
Transferencia somática nuclear: Es la transferencia del núcleo de una célula somática (ejemplo: células sanguíneas, de la piel, del corazón, etc.) a una célula reproductiva (ovulo). Este ovulo es cultivado hasta que se convierte en un embrión maduro, que es insertado en una madre substituta para completar su desarrollo. La transferencia somática nuclear ha sido la base de las técnicas de clonación utilizadas, con algunas variaciones, hasta el momento.
2. En plantas
Clonación en plantas ha tenido un gran éxito por la facilidad de utilizar cualquier parte de la planta que contenga células madre para la obtención de una planta idéntica (clon).
Micropropagación: Esta técnica fue inicialmente desarrollada por Broome y Zimmerman en 1978 [6], y consiste en la obtención de plantas genéticamente idénticas a partir de un fragmento de la planta madre, usualmente yemas vegetativas. Micropropagación ha sido utilizada para multiplicar plantas que han sido genéticamente modificadas, reproducción de plantas mejoradas a través de métodos convencionales de mejoramiento, y para el mantenimiento de la diversidad genética de cultivos agrícolas importantes o especies nativas a través de bancos de germoplasma. También ha sido utilizada para proveer suficiente numero de plántulas que no producen semillas o que no responden bien a la reproducción vegetativa. La micropropagación también permite la multiplicación continua de plantas durante todo el año.
Cuales son los avances en los últimos 15 años de investigación?
1. En animales
Desde los primeros reportes de clonación, varias especies han sido exitosamente clonadas utilizando la transferencia nuclear de células somáticas. Esta técnica ha permitido clonar además especies genéticamente modificadas como bovinos [7], ovinos [8], cabras [9] y cerdos [10]. Sin embargo, la eficiencia en las tasas de clonación aun son relativamente bajas 1-2% en ratones y entre 0-20% en el resto de especies clonadas [11], [12]. Algunos de los problemas mas comunes son placentas anormales [13], obesidad [14], y muerte prematura [15]. Adicionalmente, muchas de las especies clonadas tienen un crecimiento y desarrollo anormal [16], [17]. Esto ha sido atribuido a una incompleta o inapropiada reprogramación de la transferencia del genoma nuclear; debido a mecanismos epigenéticos, los cuales son cambios en la célula, órgano o individuo pero sin la alteración del ADN [16]. Sin embargo, investigadores siguen en la búsqueda de variaciones en la técnica somática nuclear, para incrementar las tasas de clonación. Estas variaciones incluyen: modificación de la célula germinal donante, modificación de la célula antes de utilizarla, y modificación de los procedimientos siguientes a la reconstrucción del embrión [16], [18]. Para información detallada de los diferentes procesos utilizados en aras de mejorar las tasas de clonación, ver Campbell et al (2007). Adicionalmente, otros estudios están en la búsqueda de mecanismos involucrados en el desarrollo celular prematuro, y la expresión de genes involucrados en el desarrollo de embriones producidos por la fertilización in vivo e in vitro [18].
2. En plantas
La clonación en cultivos agrícolas, incluyendo especies herbáceas y perennes, ha permitido la reproducción de plantas con características mejoradas como resistencia a estreses bióticos (hongos, bacterias, virus e insectos) y abióticos (sequía y temperatura entre otros); así como la producción de plantas de valor medicinal [19]. La micropropagación se ha convertido en la técnica estándar en la ingeniería genética y biotecnología. En los últimos 20 años, el uso de las tecnologías moleculares en mejoramiento y clonación han sido de gran utilidad para la producción de cultivos de importancia agrícola, farmacéutica y para la conservación de especies importantes para el ecosistema.
A manera general, aunque la clonación tanto animal como de plantas aún es un tema de alta controversia a diferentes niveles, ecológico, económico y poblacional. Sin embargo, cabe anotar que el avance en clonación animal, ha permitido la preservación de algunas especies en peligro de extinción, ha incrementando la producción de animales de importancia económica, además del desarrollo de nuevas técnicas para la terapia génica. Por otro lado, la clonación de plantas, ha permitido mantener características relevantes en especies de importancia económica, farmacéutica y ambiental, además de la conservación, reproducción y mantenimiento de especies ecológicamente importantes.
Referencias
[1] http://biogenic-colombia.blogspot.com/2011/04/el-ataque-de-los-clones.html
[2] Bellomo M. 2006. The stem cell divide: the facts, the fiction, and the fear driving the greatest scientific, political, and religious debate of our time. American Management Association. New York. 252 p.
[3] http://www.nndb.com/people/309/000127925/).
[4] Brigss R, King TJ. 1952. Transplantation of living nuclei from blastula cells into enucleated frogs’ eggs. PNAS. 38: 455-463.
[5] http://biogenic-colombia.blogspot.com/2011/04/un-clon-para-la-cena.html
[6] Sparks DL. 2004. Advances in Agronomy. Volume 82. Elsevier New York. 635 pp.
[7] Bordignon, V., Keyston, R., Lazaris, A., Bilodeau, A.S., Pontes, J.H., Arnold, D., Fecteau, G., Keefer, C., Smith, L.C., 2003. Transgene expression of green fluorescent protein and germ line transmission in cloned calves derived from invitro-transfected somatic cells. Biol. Reprod. 68: 2013–2023.
[8] McCreath, K.J., Howcroft, J., Campbell, K.H., Colman, A., Schnieke, A.E., Kind, A.J., 2000. Production of gene-targeted sheep by nuclear transfer from cultured somatic cells. Nature. 405: 1066–1069.
[9] Reggio, B.C., James, A.N., Green, H.L., Gavin,W.G., Behboodi, E., Echelard, Y., Godke, R.A., 2001. Cloned transgenic offspring resulting from somatic cell nuclear transfer in the goat: oocytes derived from both follicle-stimulating hormone-stimulated and nonstimulated abattoir-derived ovaries. Biol. Reprod. 65: 1528–1533.
[10] Phelps, C.J., Koike, C., Vaught, T.D., Boone, J.,Wells, K.D., Chen, S.H., Ball, S., Specht, S.M., Polejaeva, I.A., Monahan, J.A., Jobst, P.M., Sharma, S.B., Lamborn, A.E., Garst, A.S., Moore, M., Demetris, A.J., Rudert, W.A., Bottino, R., Bertera, S.,Trucco, M., Starzl,T.E., Dai,Y.,Ayares, D.L., 2003. Production of alpha 1,3-galactosyltransferase-deficient pigs. Science. 299: 411–414.
[11] Renard JP, Zhou Q, LeBourhis D, Chavatte-Palmer P, Hue I, Heyman Y, Vignon X. 2002. Nuclear transfer technologies: between successes and doubts. Theriogenology. 57: 203-222.
[12] Thuan NV, Kishigami S, Wakayama T. 2010. How to improve the success rate of mouse cloning technology. J Reprod Develop. 56: 20-30.
[13] Wakayama T, Yanagimachi R. 1999b. Cloning the male mice from adult tail-tip cells. Nat. Genet. 22: 127-128.
[14] Tamashiro KL, Wakayama T, Blancard RJ, Blanchard DC, Yanigimachi R. 2000. Postnatal growth and behavioral development of mice cloned from adult cumulus cells. Biol Reprod. 63: 328-334.
[15] Ogonuki N, Inoue K, Yamamoto Y, Noguchi Y, Tanemura K, Suzuki O, Hakayama H, Doi K, Ohtomo Y, Satoh M, Nishida Am Ogura A. 2002. Early death of mice cloned from somatic cells. Nat Genet. 30: 253-254.
[16] Campbell KHS, Fisher P, Chen WC, Choi I, Kelly RDW, Lee J-H, Xhu J. 2007. Somatic cell nuclear transfer: past, present and future perspectives. Therigenology. 68S:S214-S231.
[17] Zhang L, Wang SH, Daii YP, Li N. 2009. Aberrant gene expression in deceased transgenic cloned calves. Animal Reprod Sci. 112: 182-189.
[18] Kato Y, Tsunoda Y. 2010. Role of the donor nuclei in cloning efficiency: can the ooplasm reprogram any nucleus?. Int. J. Dev. Biol. 54: 1623-1629
[19] Chaturvedi HC, Jain M, Kidwai NR. 2007. Cloning of medicinal plants through tissue culture. A review. Indian J. Exp. Biol. 45: 937-948.
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