Organismos modificados genéticamente, origen de genes y regulación génica por ARN pequeño

Resumen

El documento describe los tipos de organismos modificados genéticamente (transgénicos, knock-out y knock-in) y los mecanismos que originan nuevos genes, como el barajado de exones, la duplicación génica y la transferencia horizontal. También explica la regulación génica mediada por ARN de pequeño tamaño en procariotas y eucariotas, y compara el análisis genético directo con el inverso.

Puntos clave

Un transgénico recibe un transgen de origen exógeno o una copia extra de un gen propio, con integración ectópica.
El knock-out elimina la función de un gen mediante integración homóloga de una secuencia seleccionable.
El knock-in sustituye un gen por un alelo diferente, normalmente con un marcador de selección.
La duplicación génica puede deberse a transposición, retrotransposición, errores de replicación o entrecruzamiento desigual.
En eucariotas, el ARNi y los miARN regulan la expresión génica degradando o bloqueando la traducción del ARNm.
El análisis genético directo parte de un fenotipo de interés, mientras que el inverso parte de un gen ya secuenciado.

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Tipos de Organismos Modificados Genéticamente

Transgénico: Un animal transformado con un gen extra (transgen). Dicho transgen puede ser de procedencia exógena o una copia extra de un gen propio. La integración es, por lo tanto, ectópica.
Knock-out (KO): Se sustituye todo o parte de un gen por una secuencia alternativa que se puede seleccionar (marcador). Así, se elimina la función del gen. Por integración homóloga.
Knock-in: Se sustituye la secuencia de un gen por un alelo diferente, normalmente acompañado de un marcador para poder seleccionar las células que lo portan. Por integración homóloga.

Origen de Nuevos Genes

Se describen varios mecanismos clave:

Barajado de exones: Los exones pueden corresponder a dominios en las proteínas. Los intrones aumentarían la frecuencia de recombinación entre exones. La recombinación entre exones no alélicos originaría nuevas proteínas quiméricas.
Duplicación génica: Se pueden generar nuevos genes. Puede tener origen en diferentes mecanismos:
- Transposición (genes que saltan y se transcriben, se ponen en otro sitio).
- Retrotransposición (si es un retrovirus el que incluye una nueva copia).
- Duplicación (fallos en la replicación dan lugar a duplicaciones en algunos lugares más de una vez).
- Entrecruzamiento desigual (por recombinación desigual entre dos cromosomas que llevan el mismo gen).
Duplicación del genoma completo: No solo se puede duplicar un gen, también todo un genoma. Por ejemplo, los poliploides.
Genes parálogos y ortólogos
- Genes parálogos: genes de un genoma relacionado por duplicación génica (proceden del mismo gen, tienen función diferente).
- Genes ortólogos: genes de especies distintas que han evolucionado por especiación a partir de un gen ancestral.
Transferencia génica horizontal: Transferencia de ADN entre individuos de distinta especie. Se puede hacer transferencia de ADN desde bacterias hacia eucariotas.

Mecanismos de Regulación Génica por ARN de Pequeño Tamaño

En Procariotas

Unión a la secuencia Shine-Dalgarno de determinados ARNm, bloqueando así su traducción.
Estimulación de la degradación mediante ARNasa del complejo ARNm/ARNp.
Activación de la traducción al desbloquear la secuencia Shine-Dalgarno.

En Eucariotas

El ARN de interferencia (ARNi) participa en la degradación de ARNm mediada por la ARNasa RISC.
El micro ARN (miARN) se une a ARNm y de esta manera impide la traducción del mismo.
Otros ARN pequeños también pueden unirse a secuencias de ADN genómico complementarias y atraer a metilasas de ADN, lo cual provocará la inhibición de la transcripción de dicho ADN.

Análisis Genético: Directo vs. Inverso

Análisis genético directo: Se parte de mutantes que presentan un fenotipo de interés. Luego se hacen cruzamientos, se buscan supresores, se mapea el gen, y se trata de clonar y secuenciar tanto la versión silvestre como las mutantes.
Análisis genético inverso: Se parte de un gen ya secuenciado, se obtienen mutantes para ese gen y se analiza el fenotipo de esos mutantes.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre knock-out y knock-in?

El knock-out elimina la función de un gen sustituyéndolo por una secuencia seleccionable. El knock-in sustituye la secuencia de un gen por un alelo diferente, normalmente acompañado de un marcador.

¿Qué son los genes parálogos y ortólogos?

Los genes parálogos proceden de una duplicación génica dentro de un mismo genoma y tienen funciones diferentes. Los genes ortólogos se encuentran en especies distintas y han evolucionado por especiación a partir de un gen ancestral.

¿Cómo actúa el micro ARN en eucariotas?

El micro ARN se une al ARNm y de esta manera impide su traducción.