La importancia de noquear ratones

Los humanos compartimos con los ratones el 95% de los genes. Silenciando un gen del ratón se puede deducir su función en el cuerpo humano

Por Tomás Unger

Así como los adelantos en física a fines del siglo XIX hicieron posible la era de las comunicaciones en el siglo XX, los adelantos en la segunda mitad de ese siglo han abierto la puerta a una revolución de la biología. A partir del descubrimiento de la estructura del genoma por Watson y Crick en 1953, el progreso ha sido acelerado y entre los pasos más importantes está el trabajo de tres biólogos*, Mario Capecchi, Martín Evans y Oliver Smithies, quienes entre 1987 y 1989 crearon los primeros ratones K.O. ('knock out', noqueados) con genes silenciados. Por este logro han recibido el Premio Nobel de Medicina de este año.

ANIMALES TRANSGÉNICOS
A medida que avanzaron los conocimientos de ingeniería genética, resultó posible alterar el genoma de ciertos animales. Las primeras modificaciones fueron hechas en organismos sencillos, como las bacterias, para que produjeran insulina. Luego se modificaron insectos (la mosca de la fruta). En los años ochenta, la tecnología había avanzado lo suficiente para trabajar con los vertebrados, mucho más complejos y más parecidos al hombre. A estos animales modificados se les llama transgénicos.

Al comenzar el nuevo milenio se logró secuenciar el genoma humano con miles de genes cuya función se desconocía. Como los humanos y los ratones tienen los mismos órganos y comparten el 95% de los genes, surgió la idea de producir ratones transgénicos para descifrar la función de los genes humanos por similitud. Esto requería de un procedimiento que permitiera silenciar (o noquear) genes específicos del ratón para observar el efecto que produce su falta. Este procedimiento es el que desarrollaron los ganadores del Premio Nobel, que les tomó nueve años perfeccionar. Su trabajo, publicado en 1989, les valió en el 2001 el prestigioso Premio Lasker para Investigación Médica.

LA QUIMERA
El producir un ratón 'knock out', con un gen que no funciona es una tarea compleja. Una vez ubicado el gen que se quiere anular, este debe ser aislado y extraído del genoma de un ratón y alterado lo suficiente para que resulte inoperante. Generalmente al gen modificado se le añade un gen "marcador", que los ratones normales no tienen, para ubicarlo. Luego se toma células madre** del blastocito (un embrión recién iniciado que contiene pocas células) y estas se cultivan in vitro.

La modificación se implanta en las células madre cultivadas y se las activa eléctricamente. Una vez activadas las células modificadas se vuelven a insertar en el blastocito de otro ratón. Luego los blastocitos se implantan en el útero de un ratón hembra para que desarrolle el embrión.

El ratón que nacerá será lo que los genetistas llaman un heterocigoto o quimera, ya que tiene dos progenitores: uno del que provienen las células madre originales y otro del que provienen las células manipuladas. Los ratones quimera se cruzan con otros ratones y la siguiente generación ya serán ratones K.O. Al seguir cruzando los mismos ratones se obtiene una cepa de ratones que tienen silenciado el gen deseado. Estos son los ratones 'knock out' que han revolucionado la investigación médica.

GENES QUE DECIDEN
Al inactivar un gen se puede obtener información sobre su función en el organismo. Cuando un gen está destinado a producir una proteína que protege de cierta enfermedad, su ausencia se manifiesta con los síntomas de esta.

Así, un gen que previene el crecimiento de tumores, al ser anulado hace al ratón propenso a desarrollar cáncer. A los ratones modificados se les conoce por los genes que les han sido desactivados. Así, el ratón transgénico conocido como p50, es aquel cuyo gen p50 ha sido anulado, causando el cáncer.

Ya se ha logrado producir ratones genéticamente modificados que modelan diversas enfermedades humanas. Existen ratones noqueados para modelar la diabetes y la artritis, la ansiedad y el envejecimiento prematuro. También se ha logrado modelos de ratones obesos, propensos al infarto y al Parkinson. Si bien los complejos procesos biológicos de los ratones no son siempre iguales a los humanos, en muchos casos tienen grandes analogías que permiten investigar terapias y buscar curaciones. Si se considera los miles de genes cuya función desconocemos, las posibilidades que presentan los ratones K.O. son enormes.

EL FUTURO
La técnica desarrollada por los ganadores del Nobel está siendo usada en todo el mundo, habiendo hoy más de 500 variedades de ratones modificados para modelar enfermedades humanas. Los hay para enfermedades tan comunes como la diabetes, diversas variedades de cáncer, enfermedades del sistema nervioso y hasta la fibrosis cística***. A la fecha se ha inactivado más de 10.000 diferentes genes en los ratones y hay grandes laboratorios donde se crían permanentemente nuevas cepas.

Según los biólogos, la tecnología desarrollada por los ganadores del Nobel ha cambiado la manera en que se estudia la función de los genes: Hoy, cuando se encuentra un nuevo gen lo primero que se piensa es en buscarlo en un ratón para noquearlo. Actualmente hay variantes de las tecnologías utilizadas y diversas cepas de ratones han sido patentadas. La técnica se ha perfeccionado al punto que ciertas mutaciones genéticas pueden activarse en distintas etapas de la vida del ratón, durante el crecimiento o cuando ya ha madurado.

El empleo de los ratones transgénicos va en aumento y constantemente aparecen nuevas aplicaciones. El proceso de producirlos, en continuo perfeccionamiento, todavía presenta dificultades intrínsecas. Aproximadamente un 15% de las modificaciones de genes resulta letal y los embriones mueren antes de desarrollarse. En algunos casos los genes tienen diferentes funciones en un embrión que en un adulto y frecuentemente producen características diferentes en el ratón y en el hombre. Así, un gen cuya mutación desencadena en los humanos cáncer a los huesos, de mama o leucemia, en los ratones produce cáncer en otros órganos y tejidos.

A medida que se perfeccionan las técnicas y se va identificando un mayor número de genes, resultará más rápido y útil el uso de ratones transgénicos. Además, la tecnología puede ser aplicada a otros vertebrados, cuyos organismos en algunos aspectos tienen mayor similitud con el humano. Por lo pronto, tras un largo esfuerzo, en el 2003 se logró obtener ratas noqueadas. ¿Serán los próximos nuestros primos, los chimpancés?

* Los biólogos: Mario Capecchi, italiano, trabaja en la Universidad de Utah. Oliver Smithies, inglés, trabaja en la Universidad de North Carolina y Martin Evans, también inglés, en la Universidad de Cardiff en Gales.
** Ver esta página del 7 de agosto del 2007.
*** Enfermedad hereditaria, eventualmente mortal, que afecta principalmente la función pulmonar.