Virus genéticamente modificado - Genetically modified virus
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Un virus modificado genéticamente es un virus que ha sido alterado o generado mediante métodos biotecnológicos y sigue siendo capaz de infectar . La modificación genética implica la inserción , deleción , síntesis artificial o cambio dirigido de bases de nucleótidos en genomas virales. Los virus genéticamente modificados se generan principalmente mediante la inserción de genes extraños en genomas virales con fines biomédicos , agrícolas, de control biológico o tecnológicos. Los términos virus modificado genéticamente y virus modificado genéticamente se utilizan como sinónimos.
Uso general
Los virus genéticamente modificados se generan mediante modificación genética, que implica la inserción, deleción, síntesis artificial o cambio de secuencias de nucleótidos en genomas virales mediante métodos biotecnológicos. Si bien la mayoría de los virus dsDNA tienen genomas monopartitos únicos , muchos virus de ARN tienen genomas multipartitos , no es necesario que todas las partes de un genoma viral estén genéticamente modificadas para que el virus se considere un virus genéticamente modificado. Los virus infecciosos capaces de infectar que se generan mediante la síntesis de genes artificiales de todos o parte de sus genomas (por ejemplo, basándose en secuencias históricas inferidas) también pueden considerarse virus modificados genéticamente. Los virus que se modifican únicamente mediante la acción de mutaciones espontáneas, recombinaciones o eventos de reordenamiento (incluso en entornos experimentales), generalmente no se consideran virus modificados genéticamente.
Los virus generalmente se modifican para que puedan usarse como vectores para insertar nueva información genética en un organismo huésped o alterar su material genético preexistente. Esto se puede lograr en al menos tres procesos:
- Integración de todo, o partes, de un genoma viral en el genoma del huésped (por ejemplo, en sus cromosomas). Cuando se integra todo el genoma viral modificado genéticamente, se le denomina provirus modificado genéticamente . Cuando el ADN o ARN que se ha empaquetado como parte de una partícula de virus, pero que no necesariamente contiene genes virales, se integra en el genoma del hospedador, este proceso se conoce como transducción .
- Mantenimiento del genoma viral dentro de las células del hospedador, pero no como una parte integrada del genoma del hospedador.
- Cuando los genes necesarios para la edición del genoma se han colocado en el genoma viral mediante métodos biotecnológicos , es posible la edición del genoma del huésped. Este proceso no requiere la integración de genomas virales en el genoma del huésped.
Ninguno de estos tres procesos es mutuamente excluyente. Cuando solo ocurre el proceso 2. y da como resultado la expresión de un gen modificado genéticamente, esto se denominará a menudo un enfoque de expresión transitoria .
La capacidad de infectar células o tejidos hospedantes es un requisito necesario para todos los usos aplicados de los virus modificados genéticamente. Sin embargo, la capacidad de transmisión viral (la transferencia de infecciones entre los huéspedes) no es necesaria o se considera indeseable para la mayoría de las aplicaciones. Solo en una pequeña minoría de los usos propuestos se considera necesaria o deseable la transmisión viral; un ejemplo son las vacunas transmisibles. Esto se debe a que la transmisibilidad complica considerablemente los esfuerzos de monitorear, controlar o contener la propagación de virus.
Historia
En 1972, se publicó el primer informe de la inserción de una secuencia extraña en un genoma viral, cuando Paul Berg utilizó la enzima de restricción EcoRI y las ligasas de ADN para crear las primeras moléculas de ADN recombinante. Esto se logró uniendo el ADN del virus SV40 de mono con el del virus lambda. Sin embargo, no se estableció que ninguno de los dos virus fuera capaz de infectarse o replicarse.
En 1974, Noreen Murray y Kenneth Murray presentaron para su publicación el primer informe de un virus modificado genéticamente que también podía replicarse e infectar . Solo dos meses después, en agosto de 1974, Marjorie Thomas, John Cameron y Ronald W. Davis presentaron un informe para su publicación sobre un logro similar.
En conjunto, estos experimentos representaron el comienzo mismo del desarrollo de lo que eventualmente se conocería como biotecnología o métodos de ADN recombinante .
Aplicaciones de salud
Terapia de genes
La terapia génica utiliza virus modificados genéticamente para administrar genes que pueden curar enfermedades en las células humanas. Estos virus pueden transportar material genético de ADN o ARN a las células objetivo. La terapia génica también se utiliza para inactivar genes mutados que causan la enfermedad mediante virus.
Los virus que se han utilizado para la terapia génica son, adenovirus , lentivirus , retrovirus y el virus del herpes simple . Los virus más comúnmente utilizados para la administración de genes provienen de adenovirus, ya que pueden transportar hasta 7,5 kb de ADN extraño e infectar una gama relativamente amplia de células huésped, aunque se sabe que provocan respuestas inmunitarias en el huésped y sólo proporcionan expresión a corto plazo. Otros vectores comunes son los virus adenoasociados , que tienen menor toxicidad y expresión a más largo plazo, pero solo pueden transportar aproximadamente 4 kb de ADN. El virus del herpes simple es un vector prometedor, tiene una capacidad de carga de más de 30 kb y proporciona una expresión a largo plazo, aunque es menos eficaz en la entrega de genes que otros vectores. Los mejores vectores para la integración a largo plazo del gen en el genoma del huésped son los retrovirus, pero su propensión a la integración aleatoria es problemática. Los lentivirus son parte de la misma familia que los retrovirus con la ventaja de infectar tanto a las células en división como a las que no se dividen, mientras que los retrovirus solo se dirigen a las células en división. Otros virus que se han utilizado como vectores incluyen alfavirus , flavivirus , virus del sarampión , rabdovirus , virus de la enfermedad de Newcastle , poxvirus y picornavirus .
Aunque principalmente todavía se encuentra en las etapas de prueba, ha tenido algunos éxitos. Se ha utilizado para tratar trastornos genéticos hereditarios , como la inmunodeficiencia combinada grave que surge de la deficiencia de adenosina desaminasa (ADA-SCID), aunque el desarrollo de leucemia en algunos pacientes con ADA-SCID junto con la muerte de Jesse Gelsinger en otro ensayo retrasó el desarrollo. de este enfoque durante muchos años. En 2009 se logró otro avance cuando un niño de ocho años con amaurosis congénita de Leber recuperó la vista normal y en 2016 GlaxoSmithKline obtuvo la aprobación para comercializar un tratamiento de terapia génica para ADA-SCID. A partir de 2018, hay un número sustancial de ensayos clínicos en curso, incluyendo tratamientos para la hemofilia , glioblastoma , enfermedad granulomatosa crónica , fibrosis quística y diversos tipos de cáncer .Aunque algunos éxitos, la terapia génica todavía se considera una técnica de riesgo y los estudios aún están experimentando para asegurar seguridad y eficacia.
Tratamiento para el cáncer
Otro uso potencial de los virus modificados genéticamente es alterarlos para que puedan tratar directamente enfermedades. Esto puede ser mediante la expresión de proteínas protectoras o dirigiéndose directamente a las células infectadas. En 2004, los investigadores informaron que un virus modificado genéticamente que explota el comportamiento egoísta de las células cancerosas podría ofrecer una forma alternativa de matar tumores. Desde entonces, varios investigadores han desarrollado virus oncolíticos modificados genéticamente que parecen prometedores como tratamientos para varios tipos de cáncer .
Vacunas
La mayoría de las vacunas consisten en virus que han sido atenuados , desactivados, debilitados o eliminados de alguna manera, de modo que sus propiedades virulentas ya no son efectivas. Teóricamente, la ingeniería genética podría usarse para crear virus con los genes virulentos eliminados. En 2001, se informó que los virus genéticamente modificados posiblemente se pueden usar para desarrollar vacunas contra enfermedades como el SIDA, el herpes, el dengue y la hepatitis viral mediante el uso de un virus de vacuna comprobado como seguro, como el adenovirus , y modificar su genoma para tener genes. que codifican proteínas inmunogénicas que pueden estimular la respuesta del sistema inmunológico para luego poder combatir el virus. Los virus de ingeniería genética no deberían tener una infecciosidad reducida , invocar una respuesta inmune natural y no hay posibilidad de que recuperen su función de virulencia, lo que puede ocurrir con algunas otras vacunas. Como tales, generalmente se consideran más seguras y más eficientes que las vacunas convencionales, aunque persisten las preocupaciones sobre la infección no objetivo, los posibles efectos secundarios y la transferencia horizontal de genes a otros virus. Otro enfoque es utilizar vectores para crear vacunas novedosas para enfermedades que no tienen vacunas disponibles o las vacunas que no funcionan eficazmente, como el SIDA , la malaria y la tuberculosis . Ya se han aprobado vacunas basadas en vectores y se están desarrollando muchas más.
Marcapasos cardíaco
En 2012, investigadores estadounidenses informaron que inyectaron un virus genéticamente modificado en el corazón de los cerdos. Este virus insertó en los músculos del corazón un gen llamado Tbx18 que habilitó los latidos del corazón. Los investigadores pronosticaron que algún día esta técnica podría usarse para restaurar los latidos del corazón en humanos que de otra manera necesitarían marcapasos electrónicos .
Virus genéticamente modificados destinados a su uso en el medio ambiente
Animales
En España y Portugal, en 2005 los conejos habían disminuido hasta en un 95% en 50 años debido a enfermedades como la mixomatosis , la enfermedad hemorrágica del conejo y otras causas. Esto, a su vez, provocó una disminución de depredadores como el lince ibérico , una especie en peligro crítico de extinción. En 2000, investigadores españoles investigaron un virus genéticamente modificado que podría haber protegido a los conejos en estado salvaje contra la mixomatosis y la enfermedad hemorrágica del conejo. Sin embargo, existía la preocupación de que tal virus pudiera llegar a las poblaciones silvestres en áreas como Australia y crear un auge demográfico. Los conejos en Australia se consideran una plaga tal que los propietarios de tierras están legalmente obligados a controlarlos.
Se han creado virus genéticamente modificados que hacen infértiles a los animales objetivo mediante inmunocontracepción , así como otros que se dirigen a la etapa de desarrollo del animal. Existe preocupación por la contención de virus y la infección entre especies.
Árboles
Desde 2009, los virus genéticamente modificados que expresan proteínas de defensina de espinaca se han probado en el campo en Florida (EE. UU.). La infección por virus de los naranjos tiene como objetivo combatir la enfermedad del enverdecimiento de los cítricos , que había reducido la producción de naranjas en Florida en un 70% desde 2005. Una solicitud de permiso ha estado pendiente desde el 13 de febrero de 2017 (USDA 17-044-101r) para extender el permiso de uso experimental a un área de 513,500 acres, esto lo convertiría en el permiso más grande de este tipo jamás emitido por los Servicios Reguladores de Biotecnología del USDA.
Programa Insect Allies
En 2016 , DARPA , una agencia del Departamento de Defensa de EE. UU. , Anunció una licitación de contratos para desarrollar virus de plantas modificados genéticamente para un enfoque que implica su dispersión en el medio ambiente utilizando insectos. El plan de trabajo decía:
"Los virus de plantas son muy prometedores como portadores de circuitos de edición de genes y son un socio natural para una plataforma de distribución transmitida por insectos".
La motivación proporcionada para el programa es garantizar la estabilidad alimentaria protegiendo el suministro de alimentos agrícolas y los cultivos básicos:
"Al aprovechar la capacidad natural de los insectos vectores para transmitir virus con una alta especificidad de la planta huésped y combinar esta capacidad con los avances en la edición de genes, se puede lograr una mejora rápida de las plantas maduras en el campo en grandes áreas y sin la necesidad de infraestructura industrial. "
A pesar de su nombre, el programa “Insect Allies” es en gran medida un programa viral, que desarrolla virus que esencialmente realizarían la edición de genes de cultivos en campos ya plantados. Los virus modificados genéticamente descritos en el plan de trabajo y otros documentos públicos pertenecen a una clase de virus modificados genéticamente que posteriormente se denominaron HEGAA (agentes de alteración genética ambiental horizontal). El programa Insect Allies está programado para ejecutarse de 2017 a 2021 con contratos ejecutados por tres consorcios. No hay planes para liberar los virus genéticamente modificados en el medio ambiente, con pruebas del sistema completo de dispersión de insectos en invernaderos ( se han mencionado las instalaciones de nivel 3 de bioseguridad ).
Se han expresado preocupaciones sobre cómo este programa y cualquier dato que genere impactarán el control de armas biológicas y la coexistencia agrícola , aunque también ha habido apoyo para sus objetivos declarados.
Aplicaciones tecnológicas
Baterías de iones de litio
En 2009, los científicos del MIT crearon un virus genéticamente modificado que se ha utilizado para construir una batería de iones de litio más ecológica . La batería se construyó mediante la ingeniería genética de diferentes virus, como el bacteriófago E4 y el bacteriófago M13 , para su uso como cátodo. Esto se hizo editando los genes del virus que codifican la cubierta proteica. La cubierta de proteína se edita para que se cubra a sí misma con fosfato de hierro para poder adherirse a nanotubos de carbono altamente conductores . Los virus que han sido modificados para tener una cubierta proteica multifuncional pueden usarse como un cátodo nanoestructurado con interacciones iónicas con los cationes. Permitiendo que el virus se use como una pequeña batería. Angela Blecher , la científica que dirigió el equipo de investigación del MIT en el proyecto, dice que la batería es lo suficientemente potente como para usarse como batería recargable, alimentar autos eléctricos híbridos y una serie de dispositivos electrónicos personales. Si bien los virus E4 y M13 pueden infectar y replicarse dentro de su huésped bacteriano, no está claro si retienen esta capacidad después de ser parte de una batería.
Preocupaciones y regulaciones de seguridad
Limitaciones de la investigación de peligros biológicos
En enero de 2015, el Instituto Nacional de Salud declaró una moratoria de financiación de la investigación sobre una investigación seleccionada del virus de ganancia de función . En enero de 2017, el gobierno de los EE. UU. Publicó una guía de política final para la revisión y supervisión de la investigación que se prevé creará, transferirá o utilizará de forma mejorada. patógenos pandémicos potenciales (PPP). Las preguntas sobre un posible escape de un virus modificado de un laboratorio de bioseguridad y la utilidad de la tecnología de doble uso y la investigación preocupante de doble uso (DURC) motivaron la revisión de la política de financiación de los NIH.
Incidente de lentivirus transgénico
Un científico afirma que fue infectada por un virus modificado genéticamente mientras trabajaba para Pfizer. En su demanda federal, ella dice que ha sido paralizada intermitentemente por el virus diseñado por Pfizer. "McClain, de Deep River, sospecha que estuvo expuesta inadvertidamente, a través del trabajo de un ex colega de Pfizer en 2002 o 2003, a una forma modificada del lentivirus , un virus similar al que puede provocar el síndrome de inmunodeficiencia adquirida o SIDA. . " El tribunal determinó que McClain no pudo demostrar que su enfermedad fue causada por la exposición al lentivirus, pero también que Pfizer violó las leyes de protección de denunciantes .