Historia de la Ingeniería Genética

Etapa previa al descubrimiento de la estructura y función del DNA

  • 1865. Mendel descubre los factores genéticos y enuncia las leyes que llevan su nombre.
  • 1871. Miescher descubre el DNA (sustancia ácida y rica en fósforo) o nucleína en el esperma de trucha.
  • 1888. Waldeyer descubrió la presencia de unos filamentos en el núcleo celular, que se teñían fácilmente, a los que denominó cromosomas.
  • 1900. Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak redescubren las leyes de Mendel y empiezan a aplicarse para mejorar el rendimiento de cosechas y ganadería.
  • 1909. Johannsen introdujo el concepto de gen, genotipo y fenotipo.
  • 1910. Morgan trabajando con Drosophila melanogasterformuló la hipótesis de que los genes están situados de forma lineal en los cromosomas. Esto fué descubierto estudiando mutaciones en los cromosomas gigantes de D. melanogaster.

Descubrimiento de la estructura y función del DNA

Etapas previas al DNA recombinante (DNAr)

Primeros experimentos de DNAr

  • 1972. Paul Berg construyó la primera molécula de DNA recombinante (DNAr) entre el DNA del fago lambda y del virus SV40 (Premio Nobel en 1980). Trabajo en PDF.
  • 1973. Cohen y Boyer introdujeron la primera molécula de DNAr en Escherichia coli. PNAS.
  • 1973. Primera protesta pública contra las técnicas de DNAr. Estuvo dirigida por el gran biólogo molecular Erwin Chargaff.
  • 1974. Llamada para una moratoria en los experimentos de DNAr en las Conferencias Gordon. La Academia de Ciencias de EEUU nombró un comité de expertos presididos por Paul Berg para que estudiasen los riesgos de la Ingeniería Genética.
  • 1975. En Inglaterra se dan instrucciones para trabajar con DNAr.
  • 1975. Conferencia de Asilomar (California). Se toman acuerdos para la adopción de una regulación en los experimentos de DNAr que se reducen a dos: (i) los laboratorios deben construirse de tal manera que impidan el escape de microorganismos manipulados genéticamente y (ii) las bacterias deben estar debilitadas para que no puedan sobrevivir fuera del laboratorio.
  • 1976. Los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) dan las primeras reglas para trabajar con DNAr.
  • 1976. La prensa presiona para que no se conceda el Premio Nobel a investigadores que trabajen con DNA.
  • 1976. Boyer crea la primera compañía de Ingeniería Genética (Genentech) para la síntesis de drogas por técnicas de DNAr.
  • 1977. Construcción de la primera molécula de DNAr con DNA de mamíferos y descubrimiento de que los genes de eucariotas son discontínuos, es decir, contienen intrones y exones  (Premio Nobel para Sharp y Roberts en 1993).
  • 1977. Sanger desarrolló el método de los dideoxinucleótidos para la secuenciación del DNA.
  • 1977. Maxam y Gilbert pusieron a punto un método químico para la secuenciación del DNA.
  • 1978. Premio Nobel de Medicina para Arber, Nathans y Smith por el descubrimiento y aplicaciones de los enzimas de restricción.
  • 1978. Producción de Somatostatina humana por técnicas de DNAr.
  • 1979. Se relajan las regulaciones de NIH. Clonación y expresión de la hormona de crecimiento humana (HGH).
  • 1980. Se empieza a construir la primera planta industrial para la producción de insulina.
  • 1980. Premio Nobel de Química para Berg, Gilbert y Sanger por el desarrollo de técnicas para secuenciar DNA.
  • 1981. Las acciones de las compañias de DNAr entran en Bolsa.

La tecnología del DNAr se extiende a organismos distintos de E. coli.

Genómica y Proteómica

  • 1995. Secuenciación de genoma de Haemophilus influenzae. Science.
  • 1996. Secuenciación del genoma completo de Saccharomyces cerevisiae [1]
  • 1997. Secuenciación del genoma de  Escherichia coli. Science.
  • 1997. Premio Nobel de Medicina para Stanley Prusiner por el descubrimiento de los priones, un nuevo principio biológico de infección.
  • 1999. Muere Barbara Bachmann, la encargada del «E. coli stock genetic center«.
  • 2001. Premio Nobel de Fisiología y Medicina para Hartwell, Hunt y Nurse por sus descubrimientos sobre las señales reguladoras del ciclo celular.
  • 2001. Secuenciación del genoma humano [2].
  • 2002. Secuenciación del genoma de Streptomyces coelicolor dirigido por David A. Hopwood [3].
  • 2002. Aparición en China de la neumonía atípica (síndrome respiratorio agudo, SARS), enfermedad respiratoria producida por un coronavirus.
  • 2003. Muere la oveja Dolly
  • 2003. Aparición en Asia de la gripe aviar producida por el subtipo HPAI A(H5N1) del virus Influenza A que puede transmitirse al hombre.
  • 2004. Clonación terapeútica de embriones humanos [4]. Posteriormente se demostró que los autores del trabajo falsificaron los datos [5].
  • 2004. Muere Francis Crick  (29 Julio)
  • 2005. Premio Nobel para Marshally Warren por el descubrimiento del papel de Helicobacter pylori en la úlcera de estómago.
  • 2006. Premio Nobel de Química para Roger D. Kornberg.
  • 2007. Secuenciación del genoma de Saccharopolyspora erythraea, el microorganismo productor del antibiótico eritromicina [6].
  • 2007. Secuenciación del genoma de Craig Venter [7].
  • 2008. Muere Joshua Lederberg, Premio Nobel en 1958 a los 33 años. Acuñó el concepto de plásmidos y descubrió la «sexualidad» en bacterias.
  • 2008. Muere Ray Wu (Febrero, 10), que puso a punto el método para secuenciar DNA que luego perfeccionó Sanger, desarrolló vectores de clonación y métodos para introducir genes en arroz.
  • 2008. Secuenciación del genoma de James D. Watson [8].
  • 2008. Premio Nobel de Química para los investigadores que descubrieron y usaron la proteína fluorescente verde (Martin Chalfie, Osamu Shimomura y Roger Y. Tsien)
  • 2008. Premio Nobel de Medicina para Harald zur Hausen, descubridor del virus del papiloma humano que causa el cáncer cervical, y para Francoise Barré-Sinoussi y Luc Montagnier, descubridores del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) causante del SIDA.
  • 2008. Secuenciación del genoma de Penicillium chrysogenum, el hongo productor de penicilina [9].
  • 2008. Secuenciación del tercer genoma humano [10].
  • 2008. Uso de meganucleasas (homing-endonucleasas) para la reparación de enfermedades genéticas humanas (xeroderma pigmentosum)[11].
  • 2009. Marzo. Demostración del éxito del «niño medicamento» Artículo de «El País«.
  • 2009. Abril. Aparición en México de un brote de gripe porcina, llamada posteriormente gripe A (H1N1).
  • 2009. Secuenciado el genoma del toro [12].
  • 2009. Mayo. Un grupo de investigación japonés crea un tití (marmoset) transgénico y el transgen se transmite a la descendencia [13].
  • 2009. Agosto. Secuenciado el cuarto genoma humano [14].
  • 2009. Septiembre. Secuenciado el genoma de Phytophthora infestans [15].
  • 2009. Septiembre. Secuenciado el genoma de la levadura del vino [16].
  • 2009. Octubre. Se describe un método para secuenciar RNA sin convertirlo a cDNA [17.]
  • 2010. Enero. Secuenciado el genoma del oso panda [18].
  • 2010. Febrero. Secuenciación del primer genoma de un hombre de hace 5000 años [19].
  • 2010. Mayo. Secuenciado el genoma de una bacteria no cultivable a partir de una sola célula [20].
  • 2010. Mayo. Secuenciado el genoma de un Neandertal [21]
  • 2010. Mayo. Se describe la estructura tridimensional de los cromosomas de Saccharomyces cerevisiae [22].
  • 2010. Mayo. Creación de una bacteria controlada por un genoma sintético [23].
  • 2010. Septiembre. Otro éxito de la terapia génica en paciente con beta-talasemia [24].
  • 2010. Septiembre. Secuenciación del genoma del patógeno Rhodococcus equi [25].
  • 2011. Se identificaron genes de resistencia a antibióticos en DNA de hace 30.000 años [26]
  • 2011. Un ensayo clínico demuestra el uso de la viroterapia en el tratamiento del cáncer [27,28].
  • 2011. Descubrimiento del posible mecanismo del papel carcinogénico inducido por Helicobacter pilory .
  • 2013. Puesta a punto de la técnica CRISPR. Los estudios iniciales se desarrollaron en la Universidad de Alicante. NoticiaSEM 75 mayo-CRISPR.
  • 2013. Secuenciado el genoma de un hombre del yacimiento de Atapuerca  de hace 300.000 años [30].
  • 2013. Muere Sanger, uno de los pocos científicos galardonado con dos premios Nobeles.
  • 2014. Creación de un cromosoma artificial e introducción en Saccharomyces cerevisiae [31].
  • 2014. Construcción de organismo semisintético con un código genético expandido [32].
  • 2015. Aislamiento de un nuevo antibiótico de un microorganismo no cultivable [33].
  • 2015. Construcción de microorganismos modificados genéticamente que dependen de aminoácidos sintéticos [34].
  • 2015. Premio Nobel de Medicina a William Campbell, Satoshi Omura, and Youyou Tu por sus contribuciones al desarrollo de antiparasitarios (avermectinas y artemisina)
  • 2015. Premio Nobel de Química a Tomas Lindahl, Paul Modrich y Aziz Sancarr, considerados los padres de los mecanismos de reparación del DNA.
  • 2016. Secuenciados 10.000 genomas humanos [35]
  • 2018. Construcción de una levadura con un único cromosoma [36]
  • 2018. Premio Nobel de Química a Frances H. Arnold “for the directed evolution of enzymes” and the other half jointly to George P. Smith and Sir Gregory P. Winter ”for the phage display of peptides and antibodies”.
  • 2018. Se cura la distrofia muscular de Duchesne en perros usando CRISPR-Cas [37].
  • 2019. Moratoria en el uso de CRIPRS para modificar líneas germinales humanas. Marzo 2014. Science.
  • 2019. Clonación en Escherichia coli de genes de la araña Nephila clavipes para producir fibras de telaraña [39].
  • 2020. Pandemia por el SARS-CoV-2. Miles de muertes en España a pesar de los meses de confinamiento y Estado de Alarma.
  • 2020. Premio Nobel de Química para Emmanuelle Charpentier and Jennifer A. Doudna “for the development of a method for genome editing”. Since Charpentier and Doudna discovered the CRISPR/Cas9 genetic scissors in 2012 their use has exploded. The genetic scissors have taken the life sciences into a new epoch and, in many ways, are bringing the greatest benefit to humankind. La Fundación Nobel olvidó al descubridor de CRISPR, el español Francis Mojica
  • 2020. Año de la pandemia del SARS-CoV-2. Miles de muertos en casi todos los países del mundo.
  • 2021. Vacunas contra el SARS-CoV-2 basadas en RNA. La implementación de dichas vacunas fue posible gracias a los trabajos de Katalin Karikó.
  • 2022. Uso de la terapia fágica en una víctima de un ataque suicida con bomba en el aeropuerto de Bruselas. La víctima tenía una infección producida por una cepa de  Klebsiella pneumoniae multirresistente a antibióticos. https://doi.org/10.1038/s41467-021-27656-z

Bibliografía

1.- Goffeau, A., B. G. Barrell, H. Bussey, R. W. Davis, B. Dujon, H. Feldmann, F. Galibert, et al. 1996. Life with 6000 Genes. Science 274, nº. 5287 (Octubre 25): 546-567. http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/274/5287/546.

2.- Anon. 2001. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409, nº. 6822 (Febrero 15): 860-921. http://dx.doi.org/10.1038/35057062.

3.- Bentley, S D, K F Chater, A-M Cerdeño-Tárraga, G L Challis, N R Thomson, K D James, D E Harris, et al. 2002. Complete genome sequence of the model actinomycete Streptomyces coelicolor A3(2). Nature 417, no. 6885 (Mayo 9): 141-147. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12000953.

4.- Hwang, Woo Suk, Young June Ryu, Jong Hyuk Park, Eul Soon Park, Eu Gene Lee, Ja Min Koo, Hyun Yong Jeon, et al. 2004. Evidence of a Pluripotent Human Embryonic Stem Cell Line Derived from a Cloned Blastocyst. Science 303, no. 5664 (Marzo 12): 1669-1674. http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/303/5664/1669.

5.- Kennedy, Donald. 2006. Editorial Retraction. Science 311, no. 5759 (Enero 20): 335b. http://www.sciencemag.org.

6.- Oliynyk, Markiyan, Markiyan Samborskyy, John B Lester, Tatiana Mironenko, Nataliya Scott, Shilo Dickens, Stephen F Haydock, y Peter F Leadlay. 2007. Complete genome sequence of the erythromycin-producing bacterium Saccharopolyspora erythraea NRRL23338. Nature Biotechnology 25, no. 4 (Abril): 447-453. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17369815.

7.- Levy, Samuel, Granger Sutton, Pauline C Ng, Lars Feuk, Aaron L Halpern, Brian P Walenz, Nelson Axelrod, et al. 2007. The Diploid Genome Sequence of an Individual Human. PLoS Biol 5, no. 10: e254. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.0050254.

8.- Wheeler, David A., Maithreyan Srinivasan, Michael Egholm, Yufeng Shen, Lei Chen, Amy McGuire, Wen He, et al. 2008. The complete genome of an individual by massively parallel DNA sequencing. Nature 452, no. 7189 (Abril 17): 872-876. http://dx.doi.org/10.1038/nature06884.

9.- van den Berg, Marco A, Richard Albang, Kaj Albermann, Jonathan H Badger, Jean-Marc Daran, Arnold J M Driessen, Carlos Garcia-Estrada, et al. 2008. Genome sequencing and analysis of the filamentous fungus Penicillium chrysogenum. Nat Biotech 26, no. 10 (Octubre): 1161-1168. http://dx.doi.org/10.1038/nbt.1498.

10.- Wang, Jun, Wei Wang, Ruiqiang Li, Yingrui Li, Geng Tian, Laurie Goodman, Wei Fan, et al. 2008. The diploid genome sequence of an Asian individual. Nature 456, no. 7218 (Noviembre 6): 60-65. http://dx.doi.org/10.1038/nature07484.

11.- Redondo, Pilar, Jesus Prieto, Ines G. Munoz, Andreu Alibes, Francois Stricher, Luis Serrano, Jean-Pierre Cabaniols, et al. 2008. Molecular basis of xeroderma pigmentosum group C DNA recognition by engineered meganucleases. Nature 456, no. 7218 (Noviembre 6): 107-111. http://dx.doi.org/10.1038/nature07343.

12.- The Bovine Genome Sequencing and Analysis Consortium, Christine G. Elsik, Ross L. Tellam, Kim C. Worley, Richard A. Gibbs, Donna M. Muzny, George M. Weinstock, et al. 2009. The Genome Sequence of Taurine Cattle: A Window to Ruminant Biology and Evolution. Science 324, no. 5926 (Abril 24): 522-528. http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/324/5926/522.

13.- Sasaki, Erika, Hiroshi Suemizu, Akiko Shimada, Kisaburo Hanazawa, Ryo Oiwa, Michiko Kamioka, Ikuo Tomioka, et al. 2009. Generation of transgenic non-human primates with germline transmission. Nature 459, no. 7246 (Mayo 28): 523-527. http://dx.doi.org/10.1038/nature08090.

14.- Kim, Jong-Il, Young Seok Ju, Hansoo Park, Sheehyun Kim, Seonwook Lee, Jae-Hyuk Yi, Joann Mudge, et al. 2009. A highly annotated whole-genome sequence of a Korean individual. Nature advance online publication (Julio 8). http://dx.doi.org/10.1038/nature08211.

15.- Haas, Brian J., Sophien Kamoun, Michael C. Zody, Rays H. Y. Jiang, Robert E. Handsaker, Liliana M. Cano, Manfred Grabherr, et al. 2009. Genome sequence and analysis of the Irish potato famine pathogen Phytophthora infestans. Nature 461, no. 7262: 393-398.http://dx.doi.org/10.1038/nature08358.

16.- Novo, Maite, Frédéric Bigey, Emmanuelle Beyne, Virginie Galeote, Frédérick Gavory, Sandrine Mallet, Brigitte Cambon, et al. 2009. Eukaryote-to-eukaryote gene transfer events revealed by the genome sequence of the wine yeast Saccharomyces cerevisiae EC1118. Proceedings of the National Academy of Sciences 106, no. 38: 16333-16338. http://www.pnas.org/content/106/38/16333.abstract.

17.- Ozsolak, Fatih, Adam R. Platt, Dan R. Jones, Jeffrey G. Reifenberger, Lauryn E. Sass, Peter McInerney, John F. Thompson, Jayson Bowers, Mirna Jarosz, y Patrice M. Milos. 2009. Direct RNA sequencing. Nature 461, no. 7265 (Octubre 8): 814-818. http://dx.doi.org/10.1038/nature08390.

18.- Li, Ruiqiang, Wei Fan, Geng Tian, Hongmei Zhu, Lin He, Jing Cai, Quanfei Huang, et al. 2010. The sequence and de novo assembly of the giant panda genome. Nature 463, no. 7279 (Enero 21): 311-317. http://dx.doi.org/10.1038/nature08696.

19.- Rasmussen, Morten, Yingrui Li, Stinus Lindgreen, Jakob Skou Pedersen, Anders Albrechtsen, Ida Moltke, Mait Metspalu, et al. 2010. Ancient human genome sequence of an extinct Palaeo-Eskimo. Nature 463, no. 7282 (Febrero 11): 757-762. http://dx.doi.org/10.1038/nature08835.

20.- Woyke, Tanja, Damon Tighe, Konstantinos Mavromatis, Alicia Clum, Alex Copeland, Wendy Schackwitz, Alla Lapidus, et al. 2010. One Bacterial Cell, One Complete Genome. PLoS ONE 5, no. 4 (Abril 23): e10314. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0010314.

21.- Green, Richard E., Johannes Krause, Adrian W. Briggs, Tomislav Maricic, Udo Stenzel, Martin Kircher, Nick Patterson, et al. 2010. A Draft Sequence of the Neandertal Genome. Science 328, nº. 5979 (Mayo 7): 710-722. http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/328/5979/710.

22.- Duan, Zhijun, Mirela Andronescu, Kevin Schutz, Sean McIlwain, Yoo Jung Kim, Choli Lee, Jay Shendure, Stanley Fields, C. Anthony Blau, y William S. Noble. 2010. A three-dimensional model of the yeast genome. Nature 465, no. 7296 (Mayo 20): 363-367. http://dx.doi.org/10.1038/nature08973.

23.- Gibson, Daniel G., John I. Glass, Carole Lartigue, Vladimir N. Noskov, Ray-Yuan Chuang, Mikkel A. Algire, Gwynedd A. Benders, et al. 2010. Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Science (Mayo 20): science.1190719. http://dx.doi.org/10.1126/science.1190719.

24.- Cavazzana-Calvo, Marina, Emmanuel Payen, Olivier Negre, Gary Wang, Kathleen Hehir, Floriane Fusil, Julian Down, et al. 2010. Transfusion independence and HMGA2 activation after gene therapy of human [beta]-thalassaemia. Nature 467, nº. 7313: 318-322. http://dx.doi.org/10.1038/nature09328.

25.- Letek, Michal, Patricia González, Iain MacArthur, Héctor Rodríguez, Tom C. Freeman, Ana Valero-Rello, Mónica Blanco, et al. 2010. The Genome of a Pathogenic Rhodococcus: Cooptive Virulence Underpinned by Key Gene Acquisitions. PLoS Genet 6, nº. 9: e1001145. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1001145.

26.- D’Costa, Vanessa M., Christine E. King, Lindsay Kalan, Mariya Morar, Wilson W. L. Sung, Carsten Schwarz, Duane Froese, et al. 2011. «Antibiotic resistance is ancient». Nature advance online publication. doi:10.1038/nature10388. http://dx.doi.org/10.1038/nature10388.

27.- Galanis, Evanthia. 2011. «Cancer: Tumour-fighting virus homes in». Nature 477 (7362): 40-41. http://dx.doi.org/10.1038/477040a.

28.- Breitbach, Caroline J., James Burke, Derek Jonker, Joe Stephenson, Andrew R. Haas, Laura Q. M. Chow, Jorge Nieva, et al. 2011. «Intravenous delivery of a multi-mechanistic cancer-targeted oncolytic poxvirus in humans». Nature 477 (7362): 99-102. http://dx.doi.org/10.1038/nature10358.

29.- Toller, Isabella M., Kai J. Neelsen, Martin Steger, Mara L. Hartung, Michael O. Hottiger, Manuel Stucki, Behnam Kalali, et al. 2011. «Carcinogenic bacterial pathogen Helicobacter pylori triggers DNA double-strand breaks and a DNA damage response in its host cells». Proceedings of the National Academy of Sciences 108 (36): 14944 -14949. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1100959108.

30.- Meyer M, Fu Q, Aximu-Petri A, Glocke I, Nickel B, Arsuaga JL, Martínez I, Gracia A, de Castro JM, Carbonell E, Pääbo S. 2013. Nature. 2013 Dec 4. http://dx.doi.org/10.1038/nature12788.

31.- Annaluru, N., Muller, H., Mitchell, L.A., Ramalingam, S., Stracquadanio, G., Richardson, S.M., et al. (2014) Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome. Science 1249252. https://www.sciencemag.org/content/early/2014/03/26/science.1249252.abstract

32.- Malyshev, Denis A., Dhami, Kirandeep, Lavergne, Thomas, Chen, Tingjian, Dai, Nan, Foster, Jeremy M., Correa, Ivan R., Romesberg, Floyd E. (2014). A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet. Nature. http://dx.doi.org/10.1038/nature13314.

33.- Ling, L.L., Schneider, T., Peoples, A.J., Spoering, A.L., Engels, I., Conlon, B.P., et al. (2015) A new antibiotic kills pathogens without detectable resistance. Nature advance online publication http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14098.html?WT.ec_id=NATURE-20150108.

34.- Rovner, A.J., Haimovich, A.D., Katz, S.R., Li, Z., Grome, M.W., Gassaway, B.M., et al. (2015) Recoded organisms engineered to depend on synthetic amino acids. Nature 518: 89–93 http://www.nature.com/nature/journal/v518/n7537/full/nature14095.html?WT.ec_id=NATURE-20150206.

35.- Amalio Talenti et al. Deep sequencing of 10,000 human genomes. PNAS 2016 113 (42) 1190111906; published ahead of print October 4, 2016doi:10.1073/pnas.1613365113.

36.- Luo, J., Sun, X., Cormack, B. P., & Boeke, J. D. (2018). Karyotype engineering by chromosome fusion leads to reproductive isolation in yeast. Nature. http://doi.org/10.1038/s41586-018-0374-x

37.- Gene editing restores dystrophin expression in a canine model of Duchenne muscular dystrophy. Science. 
38.- https://www.pnas.org/content/107/32/14059