Revisión: Clonación de embriones bovinos

Clonación de embriones bovinos

Guzmán Aguillón, Estefany*

*Facultad de Medicina Veterinaria Y Zootecnia, UANL, Escobedo, Nuevo León, México

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La biotecnología es la llave de la tecnología en la generación de una fuente adecuada de alimentos para una generación humana continuamente en crecimiento. La genética y la reproducción son prerrequisitos funcionales fundamentales para la producción exitosa de ganado y han sido objetos importantes de investigación biotecnológica en la ciencia animal por décadas.

Despues de la primera transferencia  exitosa de embriones mamíferos en 1890, pasaron aproximadamente 60 años antes de que un progreso significante fuera reportado en la tecnología básica de transferencia de embriones en ganado.  Comenzando en 1970, la tecnología  progreso lo suficiente para apoyar la fundación de varios programas comerciales de transferencia de embriones en diferentes países. Desde el debut de Dolly la borrega, en 1996, la transferencia nuclear de células somáticas (TNCS, clonación) ha sido utilizada en la reproducción animal de importancia en la agricultura. Se han realizado mejoramientos dramáticos en la eficiencia de la transferencia nuclear de células somáticas (clonación), en términos de esfuerzo requerido, costo y resultados en general. El procedimiento de TNCS tiene el potencial de producir copias ilimitadas de animales con un performance natural comprobado o con características deseables.

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Introducción

E

n vista del crecimiento dramático de la población mundial humana y las severas deficiencias nutricionales en muchas partes del mundo, se han hecho esfuerzos para mejorar la eficiencia de la producción animal y para mejorar la cantidad, así como la calidad de los alimentos derivados de los animales (Neethling, 1994).

Los puntos de referencia de los desarrollos biotecnológicos durante este periodo han sido:

• Criopreservación de semen e inseminación artificial.
• Implementación de transferencia de embriones y técnicas relacionadas, como criopreservación y micromanipulación de embriones.
• Generación de ganado con sexo preseleccionado.
• Análisis genómico por medio de métodos genético-moleculares.
• Clonación de genes y generación de construcciones génicas funcionales.
• Producción de animales transgénicos.
• Clonación de animales empleando células embrionarias, fetales e incluso adultos. (Smidt & Niemann, 1999).

El anuncio  del nacimiento de “Dolly” la borrega en 1997, representa el primer mamífero exitosamente clonado de una célula somática, creando un gran revuelo mundial (Wilmut, et al., 1997) y levanto una gran especulación acerca de la posibilidad de clonar humanos (Anon., s.f.) Rápidamente le siguió un optimismo hacia la aplicación comercial de la clonación por transferencia nuclear de células somáticas (Stice, et al., 1998).  Comenzando a finales de los 90, muchas empresas se establecieron en Estados Unidos para ofrecer el servicio de clonación comercial para un número de especies, incluyendo la bovina (Hasler, 2014).

El término “clon” refiere  a la generación de descendencia genéticamente idéntica. En mamíferos, teóricamente la  obtención de animales genéticamente idénticos pueden ser obtenidos por medio de los siguientes procedimientos: microcirugía de bisección embrionaria, aislamiento y proliferación, o agregado de un solo blastómero y transferencia nuclear. En ganadería, la descendencia viable ha sido obtenida por los últimos tres procedimientos, de los cuales la transferencia nuclear ha sido la gran generadora potencial de mayor numero de descendencia idéntica (Niemann, 1996).

1. ANTECEDENTES

Investigaciones, las cuales comenzaron hace más de 40 años, determinaron si las células somáticas diferenciadas aun contenían todo el material genético, incluso si este no se expresaba. Experimentos tempranos en ranas y  sapos por Gurdon (1962) y por Briggs y King (1952) proveyeron fuerte evidencia que la expresión potencial de los genes en células diferenciadas esta esencialmente inalterado de aquellos del embrión temprano. El núcleo de las células donadoras diferenciadas fue inyectado dentro de los ovocitos recipientes en los cuales el núcleo había sido previamente inactivado. La primera seria de experimentos utilizando células de renacuajos como fuente del núcleo donador  (Gurdon , 1962) y ranas adultas fueron producidas, aunque con una baja eficiencia.

Gurdon y colegas realizaron otra serie de experimentos cuidadosamente controlados en la que utilizaron el núcleo de células de piel de ranas adultas para ser transferido a un huevo enucleado (Gurdon, et al., 1975). Estos experimentos proveyeron evidencia que los genes contenidos en el núcleo de las células diferenciadas podrían ser reactivados por el citoplasma del huevo y tener un desarrollo normal, pero solo hasta un cierto estado. Esto dejo abierta la posibilidad que la reactivación completa del núcleo adulto fuera prevenida por algún cambio irreversible en el material genético, y de que había un rechazo progresivo en el potencial nuclear con la edad.

Durante los primeros años de los 80’s, una forma más sofisticada de clonación de animales fue desarrollado, al cual se le conoció como clonación por trasplantación nuclear. El núcleo de las células somáticas es diploide, esto es, contiene dos juegos de genes, un materno y un paterno. Las células germinativas sin embargo contienen un núcleo haploide, con solo el material genético matero o el paterno. En la clonación por trasplantación nuclear, el núcleo es removido de un ovocito y es reemplazado con el núcleo diploide de la célula somática. En dicha clonación por trasplantación nuclear hay solo un “padre”, a diferencia de la reproducción sexual donde un nuevo organismo es formado cuando el material genético de un ovulo se fusiona con el de un esperma.  Los primeros experimentos de este tipo fueron realizados exitosamente solo cuando la célula donadora se derivaba de un embrión temprano. En teoría, grandes números de animales genéticamente idénticos podrían ser producidos mediante dicha clonación por trasplantación nuclear. En la práctica, el núcleo de embriones los cuales han sido desarrollados tras un cierto número de células parece perder su totipotencia, limitando el número de animales que pueden ser producidos dado un periodo de tiempo de un solo embrión.

En 1992, se determinó que la mayoría de patrones de diferenciación de la expresión de genes son mantenidos por la activación de un control de mecanismos (Blau, 1992). Más estudios sugirieron que podría ser posible reprogramar la expresión genética de las células somáticas para realizar diferentes tareas. El rol en particular de un tipo de célula depende de la combinación de la expresión de sus proteínas reguladoras. Mientras que en unas células especializadas, como los leucocitos, se llevan a cabo verdaderos arreglos y eliminación de ADN, para la mayoría sin embargo, la expresión de genes no está regulada por la pérdida de ADN si no por el inactivación de ciertos genes en específico. Por lo tanto, debería ser posible llevar a cabo la activación o inactivación de casi todo gen en una célula, dado que el ambiente celular sea el correcto y contenga las moléculas reguladoras apropiadas.  Este tipo de experimentos llevaron al aislamiento de factores específicos que regulas la diferenciación celular, como el gen que regula la formación de células musculares (Weintraub, 1993).

Estos estudios han demostrado que la estabilidad del estado de diferenciación no es absoluto. Esto, dadas las moléculas regulatorias apropiadas y tiempo suficiente para reprogramar un núcleo adulto, las células somáticas pueden re-iniciar programas tempranos de diferenciación (Collas & Barnes, 1994).

1. PROCEDIMIENTO TECNICO

El procedimiento técnico consiste en la enucleación de un oocito recipiente en metafase II y subsecuentemente transferencia de la célula donadora. La activación del oocito recipiente, y fusión de las célula donadora y recipiente es obtenido aplicando electrofusión. El núcleo transferido tiene que ser reprogramado para iniciar un desarrollo embrionario nuevo. El reporgramamiento nuclear incluye cambios en el epitopo lámina nuclear, la morfología y la síntesis de proteínas, y depende grandemente de la especie y del procedimiento de transferencia nuclear (Stice, et al., 1998).

1. REPROGRAMACION NUCLEAR

La primera evaluación de reprogramación nuclear en mamíferos se llevó a cabo en experimentos en conejos. (Stice, et al., 1998). Ha habido algunos estudios de los eventos que ocurren una vez que el núcleo transferido es expuesto al citoplasma del huevo y algunos, pero no todos, de los parámetros que afectan el éxito de la transferencia nuclear son ahora conocidos (Fulka, et al., 1996). Los huevos enucleados utilizados para la fusión solamente proceden a la división despues de la activación por una señal artificial, como la corriente eléctrica utilizada en la técnica de electrofusión. Cuando un núcleo donador es introducido dentro del huevo enucleado, usualmente se lleva a cabo la replicación del ADN, la envoltura nuclear se rompe y hay condensación cromosomal. Despues de la activación de huevo le envoltura nuclear es reformada alrededor de los cromosomas donadores. El núcleo toma la apariencia del típico núcleo en un huevo en este estado, el cual es grande e hinchado. Se asume que este proceso comienza la reprogramación del núcleo donador transferido por exposición de los cromosomas al citoplasma del huevo y comienza el intercambio de proteínas derivadas en el huevo por las proteínas producidas por el núcleo donador (Prather & First, 1990).

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