La tarea de los investigadores en ciencias experimentales es la de contestar a lo que llamamos “pregunta científica” mediante experimentos cuidadosamente diseñados para obtener la respuesta. En el campo de las ciencias biológicas muchas de estas preguntas se formulan de la siguiente forma: “¿Qué papel juega la proteína A en el proceso biológico X?”. En este caso, vamos a elegir el cáncer de hígado como proceso biológico patológico, es decir, una enfermedad. Una vez formulada la pregunta, de acuerdo con el método científico, debemos formular una hipótesis. En este caso podría ser: “la proteína A protege contra el cáncer de hígado”. El escenario contrario, es decir, “la proteína A promueve el crecimiento del cáncer de hígado” es, lógicamente, posible.
Una forma comúnmente aceptada de confirmar o desmentir esta hipótesis y así responder a la pregunta científica es mediante el uso de modelos animales, por ejemplo, ratones, modificados genéticamente. Es muy habitual el uso de los llamados ratones knock out (KO)1.
¿Qué es un KO y para qué sirve? “Knockear (noquear)” un gen es eliminarlo, como en un partido de boxeo u otros deportes de contacto en los que se elimina al contrincante noqueándolo. Uno de los métodos de ingeniería genética para generar un ratón KO es el sistema Cre-LoxP, que consiste en varias secuencias de ADN exógeno (transgenes, es decir, ADN que no se encuentra de forma natural en el genoma del ratón) que se inyectan en el cigoto, es decir, al inicio del desarrollo embrionario del ratón2.
Como su nombre indica, necesitamos que haya Cre y LoxP para poder knockear un gen mediante el sistema Cre-LoxP. Los sitios LoxP son pequeñas secuencias de 34 pares de bases que se colocan a ambos lados del gen que queremos knockear (el gen A) y que no están presentes de forman natural en el ADN “normal” del ratón (véase el cambio de la Figura 1 a la secuencia de la parte superior de la Figura 2).
La proteína Cre es una enzima que reconoce los sitios LoxP y los corta (como unas tijeras moleculares). En el ejemplo que nos ocupa Cre solamente está presente en el hígado, pues su promotor se activa mediante la unión de un factor de transcripción que únicamente existe en el hígado (en contraste con los factores de transcripción ubicuos), tal y como muestra la parte inferior de la Figura 2. Podemos observar el proceso de “corte” de la enzima Cre en la Figura 3, mediante recombinación homóloga. Como ya hemos mencionado este proceso solamente ocurre en el hígado, de forma que obtenemos un ratón KO para la proteína A en el hígado, pero “normal” en el resto de tejidos, al que llamamos “ratón KO específico de hígado”3.
Podemos estudiar este ratón comparándolo con el ratón “normal” (de fenotipo salvaje o wild-type en inglés). Podemos inyectarle sustancias tóxicas que producen cáncer de hígado y observar el desarrollo del cáncer. La interpretación de resultados sería la siguiente: en caso de que el ratón KO no desarrolle cáncer de hígado o el crecimiento del cáncer sea más lento que en el ratón “normal”, podemos afirmar que la proteína A promueve el crecimiento del cáncer, y, en cambio, si el ratón KO desarrolla un cáncer de hígado más agresivo o de forma más rápida que el ratón “normal”, la conclusión sería la opuesta: la proteína A ejerce un papel protector en el contexto del cáncer de hígado. Es decir, al ser un KO, para entender la función de la proteína A debemos pensar al revés (qué ocurre cuando la eliminamos).
El uso de animales KO ha supuesto grandes avances para la ciencia, entre los que destaca el famoso caso de la leptina, una proteína presente en el cerebro que nos indica cuándo estamos saciados. Los ratones KO para la leptina desarrollan obesidad, pues no sienten saciedad y comen constantemente. La ausencia de leptina se ha observado también en pacientes4,5.
En conclusión, los animales KO son una herramienta fundamental para la investigación en biología.
REFERENCIAS
- https://www.nature.com/scitable/definition/knockout-mouse-284/
- Kim, H. et al. (2018) ‘Mouse Cre-LoxP system: general principles to determine tissue-specific roles of target genes’, Laboratory Animal Research, 34(4), pp. 147–159. doi:10.5625/lar.2018.34.4.147
- Zheng, H. chuan, Xue, H. and Yun, W.J. (2023) ‘An overview of mouse models of hepatocellular carcinoma’, Infectious Agents and Cancer, 18(1), pp. 1–17. doi:10.1186/s13027-023-00524-9
- https://www.britannica.com/video/183137/discovery-leptin-protein-mice-connection-obesity-diabetes
- Wang, B., Chandrasekera, P. and Pippin, J. (2014) ‘Leptin- and Leptin Receptor-Deficient Rodent Models: Relevance for Human Type 2 Diabetes’, Current Diabetes Reviews, 10(2), pp. 131–145. doi:10.2174/1573399810666140508121012
