Zawartość
- Modyfikacja genetyczna: definicja
- Czym nie jest modyfikacja genetyczna
- Rodzaje modyfikacji genetycznej
- Klonowanie genów
- Przykłady modyfikacji genetycznej
ZA gen, z podstawowego biochemicznego punktu widzenia, to segment kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) w każdej komórce organizmu, który przenosi kod genetyczny do składania określonego produktu białkowego. Na bardziej funkcjonalnym i dynamicznym poziomie geny określają, jakie organizmy - zwierzęta, rośliny, grzyby, a nawet bakterie - są i do czego są przeznaczone.
Podczas gdy na zachowanie genów mają wpływ czynniki środowiskowe (np. Żywienie), a nawet inne geny, skład twojego materiału genetycznego w przeważającej mierze dyktuje prawie wszystko o tobie, widoczne i niewidoczne, od wielkości twojego ciała po twoją reakcję na najeźdźców mikrobiologicznych , alergeny i inne czynniki zewnętrzne.
Zdolność do zmieniania, modyfikowania lub inżynierii genów w określony sposób wprowadziłaby zatem możliwość tworzenia organizmów doskonale dostosowanych - w tym ludzi - przy użyciu danych kombinacji DNA, o których wiadomo, że zawierają określone geny.
Proces przekształcania organizmów genotyp (luźno mówiąc, suma poszczególnych genów), a zatem jego genetyczny „niebieski” jest znany jako modyfikacja genetyczna. Nazywany również Inżynieria genetyczna, ten rodzaj manewrów biochemicznych przeniósł się z dziedziny science fiction do rzeczywistości w ostatnich dziesięcioleciach.
Powiązane wydarzenia wywołały zarówno podekscytowanie perspektywą poprawy zdrowia ludzkiego i jakości życia, jak i mnóstwem drażliwych i nieuniknionych problemów etycznych na różnych frontach.
Modyfikacja genetyczna: definicja
Modyfikacja genetyczna oznacza każdy proces, w którym geny są manipulowane, zmieniane, usuwane lub dostosowywane w celu amplifikacji, zmiany lub dostosowania określonej cechy organizmu. Jest to manipulacja cechami na absolutnym poziomie korzenia lub komórki.
Zastanów się nad różnicą między rutynowym stylizowaniem włosów w określony sposób a faktyczną możliwością kontrolowania koloru, długości i ogólnego ułożenia włosów (np. Prostego kontra kręconego) bez użycia produktów do pielęgnacji włosów, zamiast polegać na podawaniu niewidocznych elementów instrukcji ciała dotyczące tego, jak osiągnąć i zapewnić pożądany efekt kosmetyczny, a zyskasz poczucie, na czym polega modyfikacja genetyczna.
Ponieważ wszystkie żywe organizmy zawierają DNA, inżynieria genetyczna może być przeprowadzona na wszystkich organizmach, od bakterii po rośliny i ludzi.
Kiedy to czytasz, dziedzina inżynierii genetycznej roi się od nowych możliwości i praktyk w dziedzinie rolnictwa, medycyny, produkcji i innych dziedzin.
Czym nie jest modyfikacja genetyczna
Ważne jest, aby zrozumieć różnicę między dosłownie zmieniającymi się genami a zachowaniem w sposób wykorzystujący istniejący gen.
Wiele genów nie działa niezależnie od środowiska, w którym żyje organizm macierzysty. Nawyki żywieniowe, różnego rodzaju stresy (np. Choroby przewlekłe, które mogą mieć własne podłoże genetyczne) i inne rzeczy, które organizmy rutynowo konfrontują, mogą wpływać na ekspresję genów lub poziom, w jakim geny są wykorzystywane do wytwarzania produktów białkowych dla których kodują.
Jeśli pochodzisz z rodziny ludzi, którzy są genetycznie skłonni do bycia wyższymi i cięższymi od przeciętnych, i aspirujesz do kariery sportowej w sporcie, który sprzyja sile i wielkości, takiej jak koszykówka lub hokej, możesz podnosić ciężary i jeść solidną ilość jedzenia, aby zmaksymalizować szanse na bycie tak dużym i silnym, jak to możliwe.
Ale różni się to od możliwości wstawienia nowych genów do twojego DNA, które praktycznie gwarantują przewidywalny poziom wzrostu mięśni i kości, a ostatecznie człowieka o wszystkich typowych cechach gwiazdy sportu.
Rodzaje modyfikacji genetycznej
Istnieje wiele rodzajów technik inżynierii genetycznej i nie wszystkie wymagają manipulacji materiałem genetycznym przy użyciu zaawansowanego sprzętu laboratoryjnego.
W rzeczywistości każdy proces, który obejmuje aktywne i systematyczne manipulowanie organizmami pula genowalub suma genów w dowolnej populacji, która rozmnaża się przez hodowlę (tj. seksualnie), kwalifikuje się jako inżynieria genetyczna. Oczywiście niektóre z tych procesów znajdują się w czołówce technologii.
Sztuczna selekcja: Nazywana również prostą selekcją lub hodowlą selektywną, selekcja sztuczna to wybór organizmów rodzicielskich o znanym genotypie w celu wytworzenia potomstwa w ilościach, które nie wystąpiłyby, gdyby tylko natura była inżynierem, lub przynajmniej miałyby miejsce tylko w znacznie większych skalach czasowych.
Kiedy rolnicy lub hodowcy psów wybierają rośliny lub zwierzęta do rozmnażania, aby zapewnić potomstwu pewne cechy, które ludzie z jakiegoś powodu uznają za pożądane, ćwiczą codzienną formę modyfikacji genetycznej.
Indukowana mutageneza: Jest to wykorzystanie promieni rentgenowskich lub chemikaliów do indukowania mutacji (nieplanowanych, często spontanicznych zmian w DNA) w określonych genach lub sekwencjach DNA bakterii. Może to prowadzić do odkrycia wariantów genów, które działają lepiej (lub w razie potrzeby gorzej) niż gen „normalny”. Ten proces może pomóc w tworzeniu nowych „linii” organizmów.
Mutacje, choć często szkodliwe, są również podstawowym źródłem zmienności genetycznej w życiu na Ziemi. W rezultacie, indukowanie ich w dużych ilościach, choć z pewnością stworzy populacje organizmów mniej sprawnych, zwiększa również prawdopodobieństwo korzystnej mutacji, którą można następnie wykorzystać do celów ludzkich przy użyciu dodatkowych technik.
Wektory wirusowe lub plazmidowe: Naukowcy mogą wprowadzić gen do faga (wirusa, który infekuje bakterie lub ich prokariotycznych krewnych, Archaea) lub wektora plazmidowego, a następnie umieścić zmodyfikowany plazmid lub faga w innych komórkach w celu wprowadzenia nowego genu do tych komórek.
Zastosowania tych procesów obejmują zwiększenie odporności na choroby, przezwyciężenie oporności na antybiotyki i poprawę zdolności organizmów do odporności na stresory środowiskowe, takie jak ekstremalne temperatury i toksyny.Alternatywnie, zastosowanie takich wektorów może wzmocnić istniejącą charakterystykę zamiast tworzyć nową.
Korzystając z technologii hodowli roślin, można „nakazać” roślinie częstsze kwitnienie lub można indukować bakterie wytwarzające białko lub substancję chemiczną, której normalnie by nie zrobiły.
Wektory retrowirusowe: Tutaj fragmenty DNA zawierające niektóre geny są umieszczane w tych specjalnych rodzajach wirusów, które następnie transportują materiał genetyczny do komórek innego organizmu. Materiał ten jest włączony do genomu gospodarza, aby mógł być wyrażany wraz z resztą DNA w tym organizmie.
Mówiąc wprost, obejmuje to wycięcie nici DNA gospodarza przy użyciu specjalnych enzymów, wstawienie nowego genu w szczelinę utworzoną przez wycięcie i przyłączenie DNA na obu końcach genu do DNA gospodarza.
Technologia „Knock in, knock out”: Jak sama nazwa wskazuje, ten rodzaj technologii pozwala na całkowite lub częściowe usunięcie niektórych odcinków DNA lub niektórych genów („knock out”). W podobny sposób ludzcy inżynierowie stojący za tą formą modyfikacji genetycznej mogą wybrać, kiedy i jak włączyć („zapukać”) nową sekcję DNA lub nowy gen.
Wstrzyknięcie genów do powstających organizmów: Wstrzykiwanie genów lub wektorów zawierających geny do jaj (oocytów) może włączyć nowe geny do genomu rozwijającego się zarodka, które są zatem wyrażane w organizmie, który ostatecznie powstaje.
Klonowanie genów
Klonowanie genów jest przykładem zastosowania wektorów plazmidowych. Plazmidy, które są okrągłymi kawałkami DNA, są ekstrahowane z komórki bakteryjnej lub drożdżowej. Enzymy restrykcyjne, które są białkami, które „odcinają” DNA w określonych miejscach wzdłuż cząsteczki, są wykorzystywane do odcinania DNA, tworząc liniową nić z okrągłej cząsteczki. Następnie DNA pożądanego genu jest „wklejany” do plazmidu, który jest wprowadzany do innych komórek.
Wreszcie komórki te zaczynają czytać i kodować gen, który został sztucznie dodany do plazmidu.
Treści pokrewne: Definicja, funkcja, struktura RNA
Klonowanie genów obejmuje cztery podstawowe etapy. W poniższym przykładzie twoim celem jest wytworzenie odmiany E coli bakterie świecące w ciemności. (Zwykle bakterie te oczywiście nie mają tej właściwości; gdyby tak się stało, miejsca takie jak światowe systemy kanalizacyjne i wiele jego naturalnych dróg wodnych nabrałoby wyraźnie innego charakteru, ponieważ E coli występują w przewodzie pokarmowym człowieka).
1. Wyizoluj pożądany DNA. Najpierw musisz znaleźć lub stworzyć gen, który koduje białko o wymaganej właściwości - w tym przypadku świecące w ciemności. Niektóre meduzy wytwarzają takie białka, a gen odpowiedzialny został zidentyfikowany. Ten gen nazywa się docelowe DNA. Jednocześnie musisz ustalić, jakiego plazmidu użyjesz; to jest wektor DNA.
2. Rozszczep DNA za pomocą enzymów restrykcyjnych. Te wyżej wymienione białka, zwane także endonukleazy restrykcyjnesą obfite w świecie bakterii. W tym kroku używasz tej samej endonukleazy do cięcia zarówno docelowego DNA, jak i wektorowego DNA.
Niektóre z tych enzymów tną prosto na obie nici cząsteczki DNA, podczas gdy w innych przypadkach wykonują „naprzemienne” cięcie, pozostawiając odsłonięte małe długości jednoniciowego DNA. Te ostatnie są nazywane lepkie końce.
3. Połącz docelowy DNA i DNA wektora. Teraz umieścisz dwa rodzaje DNA razem z enzymem o nazwie Ligaza DNA, który działa jak skomplikowany klej. Enzym ten odwraca pracę endonukleaz, łącząc razem końce cząsteczek. Rezultatem jest chimeralub pasmo rekombinowany DNA.
4. Wprowadź rekombinowany DNA do komórki gospodarza. Teraz masz gen, którego potrzebujesz i sposób na przeniesienie go tam, gdzie należy. Jest na to wiele sposobów transformacja, w którym tak zwane kompetentne komórki zamiatają nowe DNA, oraz elektroporacja, w którym impuls elektryczny jest wykorzystywany do krótkotrwałego rozerwania błony komórkowej, aby umożliwić cząsteczce DNA dostanie się do komórki.
Przykłady modyfikacji genetycznej
Sztuczna selekcja: Hodowcy psów mogą wybrać różne cechy, w szczególności kolor sierści. Jeśli dany hodowca Labrador retriever zauważy wzrost zapotrzebowania na dany kolor rasy, może on systematycznie rozmnażać się dla tego koloru.
Terapia genowa: U kogoś z wadliwym genem kopię genu roboczego można wprowadzić do komórek tej osoby, aby można było wytworzyć wymagane białko przy użyciu obcego DNA.
Uprawy GM: Modyfikacje genetyczne metodami rolniczymi można używać do tworzenia upraw modyfikowanych genetycznie (GM), takich jak rośliny odporne na herbicydy, uprawy, które dają więcej owoców w porównaniu z konwencjonalną hodowlą, rośliny GM, które są odporne na zimno, uprawy o ulepszonej ogólnej wydajności zbiorów, żywność o wyższa wartość odżywcza i tak dalej.
Mówiąc szerzej, w XXI wieku organizmy zmodyfikowane genetycznie (GMO) rozwinęły się w gorący problem na rynkach europejskich i amerykańskich ze względu zarówno na bezpieczeństwo żywności, jak i obawy związane z etyką biznesu związane z modyfikacją genetyczną upraw.
Zwierzęta zmodyfikowane genetycznie: Jednym z przykładów żywności zmodyfikowanej genetycznie w świecie zwierząt gospodarskich jest hodowla kurczaków, które rosną i rosną szybciej, aby wyprodukować więcej mięsa z piersi. Takie praktyki technologii rekombinacji DNA budzą obawy etyczne z powodu bólu i dyskomfortu, jaki może powodować u zwierząt.
Edytowanie genów: Przykładem edycji genów lub edycji genomu jest CRISPRlub grupuje regularnie przeplatane krótkie powtórzenia palindromiczne. Proces ten jest „zapożyczony” od metody stosowanej przez bakterie w celu obrony przed wirusami. Obejmuje wysoce ukierunkowaną modyfikację genetyczną różnych części genomu docelowego.
W CRISPR prowadzić kwas rybonukleinowy (gRNA), cząsteczka o tej samej sekwencji co miejsce docelowe w genomie, łączy się w komórce gospodarza z endonukleazą zwaną Cas9. GRNA wiąże się z docelowym miejscem DNA, ciągnąc Cas9 razem z nim. Ta edycja genomu może spowodować „wybicie” złego genu (takiego jak wariant związany z powodowaniem raka), a w niektórych przypadkach umożliwia zastąpienie złego genu pożądanym wariantem.