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¿Plantas transgénicas con múltiples genes?

¿Plantas transgénicas con múltiples genes?

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Tengo en mente, como proyecto hipotético, generar una planta transgénica capaz de sintetizar vitamina B12. Esta podría ser consumida por veganos, por ejemplo, como alternativa a los suplementos de B12 o aportar B12 a aquellos que tienen deficiencia de ella, ya que esta vitamina solo se puede adquirir consumiendo productos de origen animal.

Sin embargo, después de investigar un poco, descubrí que esta vitamina necesita al menos 30 enzimas para su completa biosíntesis en bacterias. Al menos 5 de ellos ya están presentes en plantas (los primeros pasos de B12 a siroheme, que es un cofactor también sintetizado en plantas). El resto de enzimas (unas 20) solo están presentes en bacterias.

¿Es posible hacer un plásmido que contenga 20 construcciones de genes diferentes y transfectarlo mediante la transformación de Agrobacterium? Aunque sé que los plásmidos tienen un espacio limitado, ¿quizás podría usar diferentes plásmidos, cada uno con diferentes marcadores de selección?

Gracias por adelantado.


Actualización para CRISPR / Cas: los investigadores eliminan varios genes en plantas a la vez

En su trabajo, los investigadores utilizaron marcadores para distinguir entre diferentes semillas de plantas. No se puede ver ninguna diferencia a simple vista. Sin embargo, bajo la luz ultravioleta, las semillas transgénicas aparecen rojas, las semillas no transgénicas verdes. (imagen de la izquierda) Crédito: Jessica Lee Erickson

Usando una versión mejorada de la herramienta de edición de genes CRISPR / Cas9, los investigadores eliminaron hasta doce genes en plantas de un solo golpe. Hasta ahora, esto solo había sido posible para uno o pequeños grupos de genes. El enfoque fue desarrollado por investigadores de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) y el Instituto Leibniz de Bioquímica Vegetal (IPB). El método facilita la investigación de la interacción de varios genes. El estudio apareció en El diario de la planta.

La herencia de rasgos en las plantas rara vez es tan simple y directa como describió Gregor Mendel. El monje, cuyos experimentos en el siglo XIX sobre la herencia de rasgos en los guisantes sentaron las bases de la genética, de hecho tuvo suerte. "En los rasgos que estudió Mendel, se aplicó la regla de que solo un gen determina un rasgo específico, por ejemplo, el color de los guisantes", dice el genetista de plantas Dr. Johannes Stuttmann del Instituto de Biología de MLU. Según el investigador, las cosas suelen ser mucho más complicadas. Con frecuencia existen diferentes genes que, a través de su interacción entre sí, dan como resultado ciertos rasgos o son parcialmente redundantes, es decir, dan como resultado el mismo rasgo. En este caso, cuando solo uno de estos genes está desactivado, los efectos no son visibles en las plantas.

Los científicos de MLU e IPB ahora han desarrollado una forma de estudiar este complejo fenómeno de una manera más específica mediante la mejora de CRISPR / Cas9. Estas herramientas de edición de genes se pueden utilizar para cortar el ADN de organismos en sitios específicos. El equipo se basó en el trabajo del biólogo Dr. Sylvestre Marillonnet, quien desarrolló un bloque de construcción optimizado para el sistema CRISPR / Cas9 en el IPB. "Este bloque de construcción ayuda a producir significativamente más enzima Cas9 en las plantas, que actúa como una tijera para el material genético", explica Stuttmann. Los investigadores agregaron hasta 24 ARN guía diferentes que guían la enzima tijera a las ubicaciones deseadas en el material genético. Los experimentos con thale berro (Arabidopsis thaliana) y la planta de tabaco silvestre Nicotiana benthamiana demostraron que el enfoque funciona. Hasta ocho genes podrían desactivarse simultáneamente en las plantas de tabaco, mientras que, en el thale berro, hasta doce genes podrían desactivarse en algunos casos. Según Stuttmann, este es un avance importante: "Hasta donde yo sé, nuestro grupo ha sido el primero en abordar con éxito tantos genes diana a la vez. Esto puede hacer posible superar la redundancia de genes", dice el biólogo.

Hasta ahora, crear múltiples mutaciones era un proceso mucho más complejo. Las plantas tuvieron que criarse en etapas con una sola mutación cada una y luego cruzarse entre sí. "Esto no solo requiere mucho tiempo, tampoco es posible en todos los casos", dice Stuttmann. El nuevo enfoque desarrollado en la MLU y la IPB supera estas desventajas y podría resultar un método de investigación más eficiente. En el futuro, también será posible probar combinaciones aleatorias de varios genes para identificar redundancias. Solo en el caso de cambios notables en los rasgos de la planta sería necesario analizar específicamente el material genético de las nuevas plantas.


Respuesta libre

¿Cuál es el propósito y el beneficio de la reacción en cadena de la polimerasa?

La reacción en cadena de la polimerasa se usa para producir rápidamente muchas copias de un segmento específico de ADN cuando originalmente solo hay una o muy pocas copias. El beneficio de la PCR es que hay muchos casos en los que nos gustaría saber algo sobre una muestra de ADN cuando solo se dispone de cantidades muy pequeñas. La PCR nos permite aumentar el número de moléculas de ADN para que con ella se puedan realizar otras pruebas, como la secuenciación.

10.2: Biotecnología en Medicina y Agricultura


Algunos logros

Mejora de la calidad nutricional

El arroz elaborado es el alimento básico de una gran parte de la población humana del mundo. Al moler el arroz se quita la cáscara y cualquier betacaroteno que contenga. El betacaroteno es un precursor de la vitamina A, por lo que no es de extrañar que la deficiencia de vitamina A esté muy extendida, especialmente en los países del sudeste asiático. La síntesis de betacaroteno requiere una serie de pasos catalizados por enzimas. En enero de 2000, un grupo de investigadores europeos informó que habían logrado incorporar tres transgenes en arroz que permitió a las plantas fabricar betacaroteno en su endospermo.

Resistencia a los insectos

bacilo turingiensico es una bacteria patógena para una serie de plagas de insectos. Su efecto letal está mediado por una toxina proteica que produce. Mediante métodos de ADN recombinante, el gen de la toxina se puede introducir directamente en el genoma de la planta donde se expresa y proporciona protección contra las plagas de insectos de la planta.

Resistencia a las enfermedades

Se han introducido con éxito genes que proporcionan resistencia contra virus de plantas en plantas de cultivo como el tabaco, los tomates y las patatas.

Figura 16.3.7.1 Tomates

Plantas de tomate infectadas con virus del mosaico del tabaco (que ataca tanto a las plantas de tomate como al tabaco). Las plantas de la última fila llevan un gen introducido que les confiere resistencia al virus. Las plantas resistentes produjeron tres veces más frutos que las plantas sensibles (primera fila) y lo mismo que las plantas de control.

Resistencia a herbicidas

Se han planteado preguntas sobre la seguridad, tanto para los seres humanos como para el medio ambiente, de algunos de los herbicidas de hoja ancha como el 2,4-D. Hay alternativas disponibles, pero pueden dañar el cultivo y las malas hierbas que crecen en él. Sin embargo, se han introducido genes de resistencia a algunos de los herbicidas más nuevos en algunas plantas de cultivo y les permiten prosperar incluso cuando se exponen al herbicida.

Figura 16.3.7.2 Efecto del bromoxinil sobre el tabaco cortesía de Calgene, Davis, CA

Efecto del herbicida bromoxinilo sobre plantas de tabaco transformadas con un gen bacteriano cuyo producto degrada el bromoxinilo (fila superior) y las plantas de control (fila inferior). Las plantas en blanco de pulverización se trataron con la misma mezcla de pulverización que las demás, excepto que se omitió el bromoxinilo.

Tolerancia a la sal

Una gran parte de las tierras de cultivo irrigadas del mundo está tan cargada de sal que no se puede utilizar para cultivar los cultivos más importantes. Sin embargo, los investigadores del campus de la Universidad de California en Davis han creado tomates transgénicos que crecen bien en suelos salinos. El transgén era una bomba anti-puerto de sodio / protones altamente expresada que secuestraba el exceso de sodio en la vacuola de las células de las hojas. No hubo acumulación de sodio en la fruta.

& quotTerminator & quot Genes

Este término es utilizado (por los opositores a la práctica) para transgenes introducidos en plantas de cultivo para hacer que produzcan semillas estériles (y así obligar al agricultor a comprar semillas frescas para la siguiente temporada en lugar de guardar semillas de la cosecha actual). El proceso implica la introducción de tres transgenes en la planta:

  • Un gen que codifica un toxina que es letal para las semillas en desarrollo, pero no para las semillas maduras o la planta. Este gen normalmente está inactivo debido a un tramo de ADN insertado entre él y su promotor.
  • Un gen que codifica un recombinasa & mdash una enzima que puede eliminar el espaciador en el gen de la toxina permitiendo así que se exprese.
  • A represor gen cuyo producto proteico se une al promotor de la recombinasa manteniéndolo inactivo.

Cómo trabajan ellos

Cuando las semillas se remojan (antes de su venta) en una solución de tetraciclina

  • La síntesis del represor está bloqueada.
  • El gen de la recombinasa se activa.
  • El espaciador se elimina del gen de la toxina y ahora se puede encender.

Debido a que la toxina no daña la planta en crecimiento, solo sus semillas en desarrollo, el cultivo se puede cultivar normalmente, excepto que sus semillas son estériles.

El uso de genes terminadores ha creado mucha controversia:

  • Los agricultores, especialmente los de los países en desarrollo, quieren poder guardar algunas semillas de sus cultivos para plantar la próxima temporada.
  • Las empresas de semillas quieren poder seguir vendiendo semillas.

Transgenes que codifican ARN antisentido

Estos se tratan en una página separada. Enlace a él

Biofarmacéuticos

Los genes de las proteínas que deben ser javascript: void ('Quitar ancla') utilizados en la medicina humana (y animal) pueden insertarse en plantas y expresarse por ellas.

  • Se pueden producir glicoproteínas (bacterias como E. coli no pueden hacer esto).
  • Se pueden cultivar cantidades prácticamente ilimitadas en el campo en lugar de en tanques de fermentación costosos.
  • Evita el peligro de utilizar células de mamíferos y medio de cultivo de tejidos que podrían estar contaminados con agentes infecciosos.
  • La purificación suele ser más fácil.

El maíz es la planta más popular para estos fines, pero también se utilizan células de tabaco, tomates, patatas, arroz y zanahoria cultivadas en cultivo de tejidos. Algunas de las proteínas que han sido producidas por plantas de cultivo transgénicas:

  • hormona del crecimiento humano con el gen insertado en el ADN del cloroplasto de las plantas de tabaco
  • anticuerpos humanizados contra agentes infecciosos como
    • VIH
    • virus respiratorio sincitial (RSV)
    • esperma (un posible anticonceptivo)
    • virus del herpes simple, HSV, la causa de & quot; llagas frías & quot
    • El virus del Ébola, la causa de la fiebre hemorrágica del Ébola, a menudo mortal
    • Un ejemplo: vacunas antilinfoma (un cáncer) específicas para el paciente. Los linfomas de células B son clones de células B malignas que expresan en su superficie una molécula de anticuerpo única. Hacer que las plantas de tabaco sean transgénicas para el ARN de las regiones variables (únicas) de este anticuerpo les permite producir la proteína correspondiente. Esto luego se puede incorporar a una vacuna con la esperanza (los primeros ensayos parecen prometedores) de estimular el sistema inmunológico del paciente, especialmente la rama mediada por células, para combatir el cáncer.

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    Ventajas de las plantas transgénicas y desventajas del # 038

    Las plantas transgénicas se definen como, & # 8221 Las plantas que han sido modificadas genéticamente, un enfoque de reproducción que utiliza técnicas de ADN recombinante para crear plantas con nuevas características. Se identifican como una clase de organismo modificado genéticamente (OMG) & # 8221

    A todos les encantaría leer sobre las plantas transgénicas porque son las plantas creadas por la humanidad. Pero tiene que estar en una definición simple que debe ser entendida por todos.

    Plantas transgénicas:

    Hay muchas definiciones que se le dicen a muchas personas. Las pocas definiciones de las plantas transgénicas son:

    La definición simple de plantas transgénicas se define como, & # 8221 Las plantas en las que se han introducido en el genoma uno o más genes de otra especie, utilizando procesos de ingeniería genética. & # 8221

    Las plantas transgénicas son plantas a las que se les ha modificado el genoma mediante técnicas de ingeniería genética, ya sea mediante la adición de un gen extraño o la eliminación de un determinado gen perjudicial. Se insertará un gen extraño en una planta de una especie o reino diferente.

    Las plantas transgénicas también se denominan cultivos modificados genéticamente. También se define como, & # 8220 Las plantas genéticamente modificadas han sido diseñadas para la investigación científica, para crear nuevos colores en las plantas, administrar vacunas y crear cultivos mejorados.

    Las plantas transgénicas se crean para cumplir con el objetivo de introducir una nueva especie en el mundo que no ocurre naturalmente a través de la polinización. La secuencia de genes insertada se conoce como Transgene. Las plantas que contienen transgenes a menudo se denominan cultivos modificados genéticamente o transgénicos.

    Los genomas de plantas se pueden diseñar mediante métodos físicos o mediante el uso de Agrobacterium para la entrega de secuencias alojadas en vectores binarios de T-DNA & # 8221.

    Las plantas transgénicas y sus productos son actualmente más productivos y regulados en los EE. UU. Bajo la autoridad del Departamento de Agricultura de EE. UU. (USDA).

    Los anticuerpos se expresaron por primera vez en plantas transgénicas en el año 1989. Los diversos anticuerpos y fragmentos y dominios de anticuerpos se han producido en las plantas hospedadoras así como en toda su longitud.

    Los investigadores llevaron a cabo un experimento y una investigación importante sobre el desarrollo de plantas transgénicas creadas por microorganismos o animales que proporciona al investigador una idea de lo que es posible.

    La principal razón para crear plantas transgénicas es desarrollar un cultivo y hacerlo útil y productivo como sea posible.

    Se necesita tiempo y un largo proceso para crear una planta con los mejores genes disponibles, o con las especies estrechamente relacionadas para unir diferentes genes.

    La primera planta transgénica se creó y desarrolló mediante la inserción de un gen de resistencia a los antibióticos en el tabaco. Después de crear la primera planta transgénica, se ha vuelto popular y el transgén crea muchas plantas.

    El objetivo principal de crear plantas transgénicas es producir cultivos de alta calidad y alto rendimiento.

    Las plantas de cultivo se incorporan con un gen de resistencia a enfermedades para conferir resistencia a estas enfermedades patógenas que son causadas por plagas, bacterias y virus.

    En el futuro, las plantas transgénicas o cultivos generalmente modificados tendrán una valiosa alternativa en la solución del problema de seguridad alimentaria que ocurre en el mundo de la creciente población.

    Los efectos no deseados de la transferencia de genes en cultivos transgénicos deben examinarse a fondo mediante métodos de elaboración de perfiles metabólicos para evitar la producción de plantas transgénicas con la diferencia significativa en la composición química de una planta no transgénica o una planta transgénica cultivada en las mismas condiciones.

    Pasos involucrados en la producción de plantas transgénicas:

    Los pocos pasos que intervienen en la creación de la producción de plantas transgénicas. Son:

    1. Identificación, aislamiento y clonación de genes para características agrícolas importantes
    2. Diseño de la construcción genética para la inserción
    3. Transformación de plantas objetivo con la construcción genética
    4. Selección de células / tejidos vegetales transgénicos
    5. Regeneración de las plantas transgénicas

    Estos son los pasos que están involucrados en la creación de la producción de plantas transgénicas. Las plantas transgénicas se crean siguiendo estos pasos.

    Ventajas de las plantas transgénicas:

    Las ventajas y beneficios de las plantas transgénicas o cultivos generalmente modificados son:

    Las principales ventajas de una planta transgénica o cultivos generalmente modificados incluyen mayor rendimiento, resistencia a enfermedades y plagas y capacidad de crecer en condiciones estresantes.

    La mejora del rendimiento es una de las ventajas de la planta transgénica. La mejora en el rendimiento juega un papel importante en la tecnología genética y aumentó la productividad de los cultivos de alimentos, fibras, cultivos y hortalizas.

    El aumento del rendimiento se consigue controlando las pérdidas provocadas por diversos insectos y enfermedades.

    La mejora de la resistencia a las enfermedades y los insectos desempeñó un papel importante en la tecnología genética. Las plantas de cultivo están infectadas por insectos y los pesticidas para los insectos. Pero las plantas transgénicas o cultivos generalmente modificados no pueden verse afectados por los insectos.

    La mejora de la calidad es una de las principales ventajas de las plantas transgénicas. La tecnología genética ha ayudado a mejorar estos tres tipos de calidad en diferentes cultivos. Puede producir más en un área pequeña de tierra.

    Puede alimentar a una población en rápido crecimiento porque muestra rendimientos dramáticamente incrementados. Reduce el uso de pesticidas e insecticidas durante la agricultura, lo que podría ser un gran paso para mejorar el suministro de alimentos.

    Estas son las ventajas y beneficios de las plantas transgénicas o cultivos generalmente modificados que te harán comprender sus ventajas.

    Desventajas de las plantas transgénicas:

    Las desventajas e inconvenientes de las plantas transgénicas o cultivos generalmente modificados son:

    Las principales desventajas de las plantas transgénicas incluyen reacciones alérgicas, aparición de superplagas y pérdida de biodiversidad.

    Aumenta el costo del cultivo y se inclina más hacia la mercantilización de la agricultura que funciona con ganancias inmorales.

    Los cultivos transgénicos ponen en peligro no solo a los agricultores, sino también al comercio y al medio ambiente. Está alterado biológicamente. Por lo tanto, los alimentos biotecnológicos pueden representar un riesgo para la salud humana.

    La producción excesiva de alimentos modificados genéticamente se volverá ineficaz con el tiempo porque las plagas que estas toxinas solían disuadir podrían eventualmente desarrollar resistencia hacia ellas.

    Estas son desventajas e inconvenientes de las plantas transgénicas o cultivos generalmente modificados. Esto le ayudará a saber que todo en el mundo tendrá sus pros y sus contras.

    Este artículo te hará entender para conocer las plantas transgénicas o cultivos generalmente modificados.


    Expresiones de gratitud

    Un agradecimiento especial a todos los miembros del Centro de Biología Agrícola Sintética de la Universidad de Tennessee por su apoyo, así como a los miembros del laboratorio Lezlee Dice, Taylor Frazier-Douglas, Cassie Halvorsen, Stacee Harbison, Mitra Mazarei, Reginald Millwood, Mary-Anne Nguyen, Alex Pfoetenhaur, Christiano Piasecki, Rebekah Rogers, Yuanhua Shao, Shamira Sultana y Yongil Yang. Agradecemos sinceramente la ayuda de Richard Sexton y Vilmos Magda en la biblioteca Pendergrass de la Universidad de Tennessee con la impresión 3D del soporte de planta personalizado. Esta investigación fue desarrollada con fondos del Premio No. HR0011-18-2-0049 de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) y el No. DE-SC0018347 del Departamento de Energía (DOE). Los puntos de vista, opiniones y / o hallazgos expresados ​​son los de los autores y no deben interpretarse como representantes de los puntos de vista o políticas oficiales del Departamento de Defensa o del gobierno de los EE. UU. (Aprobado para difusión pública, distribución ilimitada).


    Controversias

    Algunos se han opuesto enérgicamente a la introducción de plantas transgénicas en la agricultura. Hay una serie de cuestiones que preocupan a los oponentes. Uno de ellos es el riesgo potencial de que los transgenes en cultivos comerciales pongan en peligro a especies nativas o no objetivo.

    • Un gen para la resistencia a herbicidas en, p. Ej. maíz (maíz), escapar a una especie de maleza podría hacer que el control de la maleza sea mucho más difícil.
    • El gen de la toxina Bt expresada en el polen podría poner en peligro a los polinizadores como las abejas.

    Hasta la fecha, los estudios de campo sobre el algodón Bt y el maíz muestran que el número de algunos insectos no objetivo se reduce un poco, pero no tanto, como en los campos tratados con insecticidas.

    Otra preocupación es la mezcla inadvertida de cultivos transgénicos con cultivos alimentarios no transgénicos. Aunque esto ha ocurrido periódicamente, no hay absolutamente ninguna evidencia de una amenaza para la salud humana.


    Contenido

    Mientras que el dermatólogo alemán Alfred Blaschko describió las líneas de Blaschko en 1901, la ciencia genética tardó hasta la década de 1930 en abordar un vocabulario para el fenómeno. El término quimera genética se ha utilizado al menos desde el artículo de Belgovskii de 1944. [3]

    Una quimera animal es un organismo único que se compone de dos o más poblaciones diferentes de células genéticamente distintas que se originaron a partir de diferentes cigotos involucrados en la reproducción sexual. Si las diferentes células han surgido del mismo cigoto, el organismo se denomina mosaico. Innate chimeras are formed from at least four parent cells (two fertilised eggs or early embryos fused together). Each population of cells keeps its own character and the resulting organism is a mixture of tissues. Cases of human chimerism have been documented. [1]

    This condition is either innate or it is synthetic, acquired for example through the infusion of allogeneic hematopoietic cells during transplantation or transfusion. [ cita necesaria ]

    In nonidentical twins, innate chimerism occurs by means of blood-vessel anastomoses. The likelihood of offspring being a chimera is increased if it is created via in vitro fertilisation. [4] Chimeras can often breed, but the fertility and type of offspring depends on which cell line gave rise to the ovaries or testes varying degrees of intersex differences may result if one set of cells is genetically female and another genetically male. [ cita necesaria ]

    Tetragametic chimerism Edit

    Tetragametic chimerism is a form of congenital chimerism. This condition occurs through the fertilization of two separate ova by two sperm, followed by aggregation of the two at the blastocyst or zygote stages. This results in the development of an organism with intermingled cell lines. Put another way, the chimera is formed from the merging of two nonidentical twins (a similar merging presumably occurs with identical twins, but as their genotypes are not significantly distinct, the resulting individual would not be considered a chimera). As such, they can be male, female, or have mixed intersex characteristics. [5] [6] [7] [8] [9] [4] [10]

    As the organism develops, it can come to possess organs that have different sets of chromosomes. For example, the chimera may have a liver composed of cells with one set of chromosomes and have a kidney composed of cells with a second set of chromosomes. This has occurred in humans, and at one time was thought to be extremely rare although more recent evidence suggests that this is not the case. [1] [11]

    This is particularly true for the marmoset. Recent research shows most marmosets are chimeras, sharing DNA with their fraternal twins. [12] 95% of marmoset fraternal twins trade blood through chorionic fusions, making them hematopoietic chimeras. [13] [14]

    Most chimeras will go through life without realizing they are chimeras. The difference in phenotypes may be subtle (p.ej., having a hitchhiker's thumb and a straight thumb, eyes of slightly different colors, differential hair growth on opposite sides of the body, etc.) or completely undetectable. Chimeras may also show, under a certain spectrum of UV light, distinctive marks on the back resembling that of arrow points pointing downwards from the shoulders down to the lower back this is one expression of pigment unevenness called Blaschko's lines. [15]

    Affected persons may be identified by the finding of two populations of red cells or, if the zygotes are of opposite sex, ambiguous genitalia and intersex alone or in combination such persons sometimes also have patchy skin, hair, or eye pigmentation (heterochromia). If the blastocysts are of opposite sex, genitals of both sexes may be formed: either ovary and testis, or combined ovotestes, in one rare form of intersex, a condition previously known as true hermaphroditism. [ cita necesaria ]

    Note that the frequency of this condition does no indicate the true prevalence of chimerism. Most chimeras composed of both male and female cells probably do not have an intersex condition, as might be expected if the two cell populations were evenly blended throughout the body. Often, most or all of the cells of a single cell type will be composed of a single cell line, i.e. the blood may be composed predominantly of one cell line, and the internal organs of the other cell line. Genitalia produce the hormones responsible for other sex characteristics.

    Natural chimeras are almost never detected unless they exhibit abnormalities such as male/female or hermaphrodite characteristics or uneven skin pigmentation. The most noticeable are some male tortoiseshell cats and calico cats (although most male tortoiseshells have an extra X chromosome responsible for the colouration) or animals with ambiguous sex organs. [ cita necesaria ]

    The existence of chimerism is problematic for DNA testing, a fact with implications for family and criminal law. The Lydia Fairchild case, for example, was brought to court after DNA testing apparently showed that her children could not be hers. Fraud charges were filed against her and her custody of her children was challenged. The charge against her was dismissed when it became clear that Lydia was a chimera, with the matching DNA being found in her cervical tissue. [ cita necesaria ] Another case was that of Karen Keegan, who was also suspected (initially) of not being her children's biological mother, after DNA tests on her adult sons for a kidney transplant she needed, seemed to show she was not their mother. [1] [16]

    The tetragametic state has important implications for organ or stem cell transplantation. Chimeras typically have immunologic tolerance to both cell lines. [ cita necesaria ]

    Microchimerism Edit

    Microchimerism is the presence of a small number of cells that are genetically distinct from those of the host individual. Most people are born with a few cells genetically identical to their mothers' and the proportion of these cells goes down in healthy individuals as they get older. People who retain higher numbers of cells genetically identical to their mother's have been observed to have higher rates of some autoimmune diseases, presumably because the immune system is responsible for destroying these cells and a common immune defect prevents it from doing so and also causes autoimmune problems. The higher rates of autoimmune diseases due to the presence of maternally-derived cells is why in a 2010 study of a 40-year-old man with scleroderma-like disease (an autoimmune rheumatic disease), the female cells detected in his blood stream via FISH (fluorescence in situ hybridization) were thought to be maternally-derived. However, his form of microchimerism was found to be due to a vanished twin, and it is unknown whether microchimerism from a vanished twin might predispose individuals to autoimmune diseases as well. [17] Mothers often also have a few cells genetically identical to those of their children, and some people also have some cells genetically identical to those of their siblings (maternal siblings only, since these cells are passed to them because their mother retained them). [ cita necesaria ]

    Symbiotic chimerism in anglerfish Edit

    Chimerism occurs naturally in adult Ceratioid anglerfish and is in fact a natural and essential part of their life cycle. Once the male achieves adulthood, it begins its search for a female. Using strong olfactory (or smell) receptors, the male searches until it locates a female anglerfish. The male, less than an inch in length, bites into her skin and releases an enzyme that digests the skin of both his mouth and her body, fusing the pair down to the blood-vessel level. While this attachment has become necessary for the male's survival, it will eventually consume him, as both anglerfish fuse into a single hermaphroditic individual. Sometimes in this process, more than one male will attach to a single female as a symbiote. In this case, they will all be consumed into the body of the larger female angler. Once fused to a female, the males will reach sexual maturity, developing large testicles as their other organs atrophy. This process allows for sperm to be in constant supply when the female produces an egg, so that the chimeric fish is able to have a greater number of offspring. [18]

    Germline chimerism Edit

    Germline chimerism occurs when the germ cells (for example, sperm and egg cells) of an organism are not genetically identical to its own. It has been recently discovered that marmosets can carry the reproductive cells of their (fraternal) twin siblings due to placental fusion during development. (Marmosets almost always give birth to fraternal twins.) [12] [19] [20]

    Artificial chimerism Edit

    Artificial chimerism falls under the artificial category in which a chimera can exist. An individual that falls under this classification possesses two different sets of genetic pedigrees: one that was inherited genetically at the time of the formation of the human embryo and the other that was intentionally introduced through a medical procedure known as transplantation. [21] Specific types of transplants that could induce this condition include bone marrow transplants and organ transplants, as the recipient's body essentially works to permanently incorporate the new blood stem cells into it.

    An example of artificial chimerism in animals are the quail-chick chimeras. By utilizing transplantation and ablation in the chick embryo stage, the neural tube and the neural crest cells of the chick were ablated, and replaced with the same parts from a quail. [22] Once hatched, the quail feathers were visibly apparent around the wing area, whereas the rest of the chick's body was made of its own chicken cells.

    Humanos Editar

    Chimerism has been documented in humans in several instances.

    • The Dutch sprinter Foekje Dillema was expelled from the 1950 national team after she refused a mandatory sex test in July 1950 later investigations revealed a Y-chromosome in her body cells, and the analysis showed that she was probably a 46,XX/46,XY mosaic female. [23]
    • In 1953 a human chimera was reported in the Revista médica británica. A woman was found to have blood containing two different blood types. Apparently this resulted from her twin brother's cells living in her body. [24] A 1996 study found that such blood group chimerism is not rare. [25]
    • Another report of a human chimera was published in 1998, where a male human had some partially developed female organs due to chimerism. He had been conceived by in-vitro fertilization. [4]
    • In 2002, Lydia Fairchild was denied public assistance in Washington state when DNA evidence appeared to show that she was not the mother of her children. A lawyer for the prosecution heard of a human chimera in New England, Karen Keegan, and suggested the possibility to the defense, who were able to show that Fairchild, too, was a chimera with two sets of DNA, and that one of those sets could have been the mother of the children. [26]
    • In 2002, an article in the Revista de Medicina de Nueva Inglaterra describes a woman in whom tetragametic chimerism was unexpectedly identified after undergoing preparations for kidney transplant that required the patient and her immediate family to undergo histocompatibility testing, the result of which suggested that she was not the biologic mother of two of her three children. [27]
    • In 2009, singer Taylor Muhl discovered that what was always thought to be a large birthmark on her torso was actually caused by chimerism.
    • In 2017, a human-pig chimera was reported to have been created the chimera was also reported to have 0.001% human cells, with the balance being pig. [28][29][30]
    • In 2021, a human-monkey chimera was created as a joint project between the Salk Institute in the USA and Kunming University in China and published in the Journal, Cell. [31] This involved injecting human stem cells into monkey embryos. The embryos were only allowed to grow for a few days but the study demonstrated that some of these embryos still had human stem cells surviving at the end of the experiments. Because humans are more closely related to monkeys than other animals, it means there is more chance of the chimeric embryos surviving for longer periods so that organs can develop. The project has opened up possibilities into organ transplantation as well as ethical concerns particularly concerning human brain development in primates. [32]

    Hermaphrodites Edit

    • Debate exists surrounding true hermaphrodites in regards to a hypothetical scenario in which it could be possible for a human to self-fertilize. If a human chimera is formed from a male and female zygote fusing into a single embryo, giving an individual functional gonadal tissue of both types, such a self-fertilization is feasible. Indeed, it is known to occur in non-human species where hermaphroditic animals are common. However, no such case of functional self-fertilization has ever been documented in humans. [33]

    Bone marrow recipients Edit

    • Several cases of unusual chimera phenomena have been reported in bone marrow recipients.
      • In 2019, the blood and seminal fluid of a man in Reno, Nevada (who had undergone a vasectomy), exhibited only the genetic content of his bone marrow donor. Swabs from his lips, cheek and tongue showed mixed DNA content. [34]
      • The DNA content of semen from an assault case in 2004 matched that of a man who had been in prison at the time of the assault, but who had been a bone marrow donor for his brother, who was later determined to have committed the crime. [34][35][36]
      • In 2008, a man was killed in a traffic accident that occurred in Seoul, South Korea. In order to identify him, his DNA was analyzed. Results revealed that the DNA of his blood, along with some of his organs, appeared to show that he was female. It was later determined that he had received a bone marrow transplant from his daughter. [34]

      Chimera Identification Edit

      Chimerism is so rare that there have only been 100 confirmed cases in humans. [37] However, this may be due to the fact that humans might not be aware that they have this condition to begin with. There are usually no signs or symptoms for chimerism other than a few physical symptoms such as hyper-pigmentation, hypo-pigmentation, or possessing two different colored eyes. However, these signs do not necessarily mean an individual is a chimera and should only be seen as possible symptoms. Again, forensic investigation or curiosity over a failed maternity/paternity DNA test usually leads to the accidental discovery of this condition. By simply undergoing a DNA test, which usually consists of either a swift cheek swab or a blood test, the discovery of the once unknown second genome is made, therefore identifying that individual as a chimera. [38]

      Research Edit

      The first known primate chimeras are the rhesus monkey twins, Roku and Hex, each having six genomes. They were created by mixing cells from totipotent four cell blastocysts although the cells never fused, they worked together to form organs. It was discovered that one of these primates, Roku, was a sexual chimera as four percent of Roku's blood cells contained two x chromosomes. [13]

      A major milestone in chimera experimentation occurred in 1984 when a chimeric sheep–goat was produced by combining embryos from a goat and a sheep, and survived to adulthood. [39]

      In August 2003, researchers at the Shanghai Second Medical University in China reported that they had successfully fused human skin cells and rabbit ova to create the first human chimeric embryos. The embryos were allowed to develop for several days in a laboratory setting, and then destroyed to harvest the resulting stem cells. [40] In 2007, scientists at the University of Nevada School of Medicine created a sheep whose blood contained 15% human cells and 85% sheep cells. [41]

      On January 22, 2019 the National Society of Genetic Counselors released an article — Chimerism Explained: How One Person Can Unknowingly Have Two Sets of DNA, where they state “Tetragametic Chimerism, where a twin pregnancy evolves into one child, is currently believed to be one of the rarer forms. However, we know that 20 to 30 percent of singleton pregnancies were originally a twin or a multiple pregnancy. Due to this statistic, it is quite possible that tetragametic chimerism is more common than current data implies”. [42]

      Sponges Edit

      Chimerism has been found in some species of marine sponges. [43] Four distinct genotypes have been found in a single individual, and there is potential for even greater genetic heterogeneity. Each genotype functions independently in terms of reproduction, but the different intra-organism genotypes behave as a single large individual in terms of ecological responses like growth. [43]

      Mice Edit

      Chimeric mice are important animals in biological research, as they allow for the investigation of a variety of biological questions in an animal that has two distinct genetic pools within it. These include insights into problems such as the tissue specific requirements of a gene, cell lineage, and cell potential. The general methods for creating chimeric mice can be summarized either by injection or aggregation of embryonic cells from different origins. The first chimeric mouse was made by Beatrice Mintz in the 1960s through the aggregation of eight-cell-stage embryos. [44] Injection on the other hand was pioneered by Richard Gardner and Ralph Brinster who injected cells into blastocysts to create chimeric mice with germ lines fully derived from injected embryonic stem cells (ES cells). [45] Chimeras can be derived from mouse embryos that have not yet implanted in the uterus as well as from implanted embryos. ES cells from the inner cell mass of an implanted blastocyst can contribute to all cell lineages of a mouse including the germ line. ES cells are a useful tool in chimeras because genes can be mutated in them through the use of homologous recombination, thus allowing gene targeting. Since this discovery occurred in 1988, ES cells have become a key tool in the generation of specific chimeric mice. [46]

      Underlying biology Edit

      The ability to make mouse chimeras comes from an understanding of early mouse development. Between the stages of fertilization of the egg and the implantation of a blastocyst into the uterus, different parts of the mouse embryo retain the ability to give rise to a variety of cell lineages. Once the embryo has reached the blastocyst stage, it is composed of several parts, mainly the trophectoderm, the inner cell mass, and the primitive endoderm. Each of these parts of the blastocyst gives rise to different parts of the embryo the inner cell mass gives rise to the embryo proper, while the trophectoderm and primitive endoderm give rise to extra embryonic structures that support growth of the embryo. [47] Two- to eight-cell-stage embryos are competent for making chimeras, since at these stages of development, the cells in the embryos are not yet committed to give rise to any particular cell lineage, and could give rise to the inner cell mass or the trophectoderm. In the case where two diploid eight-cell-stage embryos are used to make a chimera, chimerism can be later found in the epiblast, primitive endoderm, and trophectoderm of the mouse blastocyst. [48] [49]

      It is possible to dissect the embryo at other stages so as to accordingly give rise to one lineage of cells from an embryo selectively and not the other. For example, subsets of blastomeres can be used to give rise to chimera with specified cell lineage from one embryo. The Inner Cell Mass of a diploid blastocyst, for example, can be used to make a chimera with another blastocyst of eight-cell diploid embryo the cells taken from the inner cell mass will give rise to the primitive endoderm and to the epiblast in the chimera mouse. [50] From this knowledge, ES cell contributions to chimeras have been developed. ES cells can be used in combination with eight-cell-and two-cell-stage embryos to make chimeras and exclusively give rise to the embryo proper. Embryos that are to be used in chimeras can be further genetically altered in order to specifically contribute to only one part of chimera. An example is the chimera built off of ES cells and tetraploid embryos, which are artificially made by electrofusion of two two-cell diploid embryos. The tetraploid embryo will exclusively give rise to the trophectoderm and primitive endoderm in the chimera. [51] [52]

      Methods of production Edit

      There are a variety of combinations that can give rise to a successful chimera mouse and – according to the goal of the experiment – an appropriate cell and embryo combination can be picked they are generally but not limited to diploid embryo and ES cells, diploid embryo and diploid embryo, ES cell and tetraploid embryo, diploid embryo and tetraploid embryo, ES cells and ES cells. The combination of embryonic stem cell and diploid embryo is a common technique used for the making of chimeric mice, since gene targeting can be done in the embryonic stem cell. These kinds of chimeras can be made through either aggregation of stem cells and the diploid embryo or injection of the stem cells into the diploid embryo. If embryonic stem cells are to be used for gene targeting to make a chimera, the following procedure is common: a construct for homologous recombination for the gene targeted will be introduced into cultured mouse embryonic stem cells from the donor mouse, by way of electroporation cells positive for the recombination event will have antibiotic resistance, provided by the insertion cassette used in the gene targeting and be able to be positively selected for. [53] [54] ES cells with the correct targeted gene are then injected into a diploid host mouse blastocyst. Then, these injected blastocysts are implanted into a pseudo pregnant female surrogate mouse, which will bring the embryos to term and give birth to a mouse whose germline is derived from the donor mouse's ES cells. [55] This same procedure can be achieved through aggregation of ES cells and diploid embryos, diploid embryos are cultured in aggregation plates in wells where single embryos can fit, to these wells ES cells are added the aggregates are cultured until a single embryo is formed and has progressed to the blastocyst stage, and can then be transferred to the surrogate mouse. [56]


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