Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Geenitehnoloogia organisatsiooni muutmiseks
- Kunstlik valik oli kõige varasem geenitehnoloogia
- Esimene geneetiliselt muundatud organism
- Muud geenitehnoloogia iidsed vormid
- Kaasaegne geenitehnoloogia
- Kahe liigi DNA ühendamine
- Geenitehnoloogia kaasaegne ajalugu
- Seos geenitehnoloogia ja biotehnoloogia vahel
- Tööstuslik biotehnoloogia ja kütused
- Meditsiinilise biotehnoloogia ja farmaatsiaettevõtted
- Biotehnoloogia ja tagasilöök
Biotehnoloogia on eluteaduse valdkond, mis kasutab elusorganisme ja bioloogilisi süsteeme modifitseeritud või uute organismide või kasulike toodete loomiseks. Biotehnoloogia peamine komponent on geenitehnoloogia.
Biotehnoloogia populaarne kontseptsioon on üks laboratooriumides tehtavatest katsetest ja eesrindlikest tööstuslikest edusammudest, kuid biotehnoloogia on enamiku inimeste igapäevaellu palju integreeritum kui tundub.
Saadud vaktsiinid, toidupoest ostetud sojakaste, juust ja leib, plastikud teie igapäevases keskkonnas, kortsudekindel puuvillane riietus, puhastus pärast uudiseid õlireostusest ja palju muud on kõik biotehnoloogia näited. Nad kõik "töötavad" elusad mikroobid toote loomiseks.
Isegi Borrelioosi vereanalüüs, rinnavähi keemiaravi või insuliini süst võib olla biotehnoloogia tulemus.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Biotehnoloogia tugineb geenitehnoloogia valdkonnale, mis muudab DNA-d elusorganismide funktsiooni või muude omaduste muutmiseks.
Selle varajased näited on taimede ja loomade selektiivne aretamine tuhandeid aastaid tagasi. Täna redigeerivad või edastavad teadlased DNA-d ühest liigist teise. Biotehnoloogia rakendab neid protsesse paljudes erinevates tööstusharudes, sealhulgas meditsiinis, toidus ja põllumajanduses, tootmises ja biokütuses.
Geenitehnoloogia organisatsiooni muutmiseks
Biotehnoloogia ei oleks ilma selleta võimalik geenitehnoloogia. Tänapäevases mõttes manipuleerib see protsess rakkude geneetilise teabega, kasutades laboratoorseid tehnikaid, et muuta elusorganismide tunnuseid.
Teadlased võivad geenitehnoloogiat kasutada selleks, et muuta organismi väljanägemist, käitumist, funktsioneerimist või suhtlemist oma keskkonna konkreetsete materjalide või stiimulitega. Geenitehnoloogia on võimalik kõigis elavates rakkudes; see hõlmab mikroorganisme, nagu bakterid, ja mitmerakuliste organismide, nagu taimed ja loomad, üksikuid rakke. Neid meetodeid kasutades saab redigeerida isegi inimese genoomi.
Mõnikord muudavad teadlased raku geneetilist teavet, muutes otseselt selle geene. Muudel juhtudel implanteeritakse ühe organismi DNA tükid teise organismi rakkudesse. Uusi hübriidrakke nimetatakse transgeensed.
Kunstlik valik oli kõige varasem geenitehnoloogia
Geenitehnoloogia võib tunduda ultramodernse tehnoloogilise arenguna, kuid seda on paljudes valdkondades juba aastakümneid kasutatud. Tegelikult on tänapäevase geenitehnoloogia juured iidsetes inimtavades, mille Charles Darwin esmakordselt määratles kui kunstlik valik.
Kunstlik valik, mida nimetatakse ka selektiivne aretus, on meetod taimede, loomade või muude organismide paaride paaride tahtlikuks valimiseks soovitud tunnuste põhjal. Selle põhjuseks on nende tunnustega järglaste loomine ja tulevaste põlvkondadega protsessi korrata, et elanikkonna iseloomujooni järk-järgult tugevdada.
Ehkki kunstlik selektsioon ei vaja mikroskoopiat ega muid arenenud laboriseadmeid, on see geenitehnoloogia tõhus vorm. Ehkki see sai alguse iidsest tehnikast, kasutavad inimesed seda tänapäevalgi.
Levinumad näited on järgmised:
Esimene geneetiliselt muundatud organism
Esimene teadaolev näide inimestest, kes tegelevad organismi kunstliku valimisega, on haiguse esilekutsumine Canis lupus familiaris, või nagu see on rohkem teada, koer. Umbes 32 000 aastat tagasi elasid inimesed Ida-Aasia piirkonnas, mis nüüd on Hiina, jahimeeste-kogujate rühmitustes. Metsikud hundid jälgisid inimrühmi ja nuhtlesid rümpadelt, mille jahimehed maha jätsid.
Teadlaste arvates on kõige tõenäolisem, et inimesed lubasid ainult neid kuulekaid hunte, kes ei olnud ohuks elada. Sel moel algas koerte huntide hargnemine isevaliku teel, kuna jahimeestest kogujate kodustatud kaaslasteks said isikud, kellel oli omadusi, mis võimaldasid taluda inimeste kohalolekut.
Lõpuks hakkasid inimesed tahtlikult kodustama ja seejärel aretama koerte põlvkondi soovitud tunnuste, eriti vilumuse tagamiseks. Koerad said inimestele lojaalseteks ja kaitsvateks kaaslasteks. Tuhandete aastate jooksul aretasid inimesed neid valikuliselt selliste spetsiifiliste tunnuste järgi nagu karvkatte pikkus ja värvus, silmade suurus ja kärsa pikkus, keha suurus, paigutus ja palju muud.
32 000 aastat tagasi Ida-Aasia looduslikud hundid, kes 32 000 aastat tagasi jagasid koerteks, koosnevad peaaegu 350 erinevast koeratõust. Need varased koerad on geneetiliselt kõige tihedamalt seotud tänapäevaste koertega, keda nimetatakse hiina pärismaalasteks.
Muud geenitehnoloogia iidsed vormid
Kunstlik valik avaldub muistsetes inimkultuurides ka muul viisil. Kui inimesed liikusid põllumajandusühiskondade poole, kasutasid nad kunstlikku selektsiooni koos kasvava arvu taime- ja loomaliikidega.
Nad kodustasid loomi, aretades neid põlvkonniti, paaritades vaid soovitud tunnustega järglasi. Need tunnused sõltusid looma eesmärgist. Näiteks tänapäevaseid kodustatud hobuseid kasutatakse paljudes kultuurides tavaliselt veoks ja pakiloomadena, mis on osa loomarühmast, mida tavaliselt nimetatakse koorma metsalised.
Seetõttu on hobusekasvatajate poolt otsitud omadusteks osavus ja tugevus, samuti vastupidavus külmas või kuumas ning võime vangistuses paljuneda.
Muistsed ühiskonnad kasutasid geenitehnoloogiat ka muul viisil kui kunstlik selektsioon. 6000 aastat tagasi kasutasid egiptlased pärmi leiva hapendamiseks ja kääritatud pärmi veini ja õlle valmistamiseks.
Kaasaegne geenitehnoloogia
Kaasaegne geenitehnoloogia toimub laboris selektiivse aretuse asemel, kuna geene kopeeritakse ja liigutatakse ühest DNA tükist teise või ühe organismi raku juurest teise organismi DNA-sse. See põhineb DNA ringil, mida nimetatakse a plasmiid.
Plasmiidid esinevad bakteri- ja pärmirakkudes ning on kromosoomidest eraldatud. Ehkki mõlemad sisaldavad DNA-d, pole plasmiidid raku ellujäämiseks tavaliselt vajalikud. Kui bakteriaalsed kromosoomid sisaldavad tuhandeid geene, siis plasmiidid sisaldavad ainult nii palju geene, kui võiksite ühelt poolt arvestada. See muudab nende manipuleerimise ja analüüsimise palju lihtsamaks.
Avastus 1960ndatel aastatel restriktsiooni endonukleaasid, tuntud ka kui restriktsiooniensüümid, viis läbimurdeni geenide redigeerimisel. Need ensüümid lõikavad DNAd ahela spetsiifilistes kohtades aluspaarid.
Aluspaarid on omavahel seotud nukleotiidid mis moodustavad DNA ahela. Sõltuvalt bakteriliigist on restriktsiooniensüüm spetsialiseerunud aluspaaride erinevate järjestuste äratundmiseks ja lõikamiseks.
Seotud sisu: Molekulaarbioloogia määratlus
Teadlased avastasid, et nad suutsid plasmiidiringide tükkide väljalõikamiseks kasutada restriktsiooniensüüme. Seejärel suutsid nad tutvustada DNA-d teisest allikast.
Veel üks ensüüm nimega DNA ligaas seob võõr-DNA algse plasmiidiga tühja pilusse, mille jätab puudu DNA järjestus. Selle protsessi lõpptulemuseks on võõra geenisegmendiga plasmiid, mida nimetatakse a-ks vektor.
Kui DNA allikas oli erinev liik, nimetatakse uut plasmiidi rekombinantne DNA, või a kimäär. Kui plasmiid on bakterirakku uuesti sisestatud, ekspresseeritakse uusi geene nii, nagu oleks bakter alati seda geneetilist ülesehitust omav. Kuna bakter paljuneb ja paljuneb, kopeeritakse ka geen.
Kahe liigi DNA ühendamine
Kui eesmärk on viia uus DNA organismi rakku, mis ei ole bakterid, on vaja erinevaid tehnikaid. Üks neist on a geenipüstol, mis plahvatab taime- või loomkoes rekombinantse DNA-ga kaetud raskemetallielementide väga pisikesi osakesi.
Veel kaks meetodit nõuavad nakkushaiguste protsesside jõu kasutamist. Bakteritüvi, mida nimetatakse Agrobacterium tumefaciens nakatab taimi, põhjustades kasvajate kasvu taimes. Teadlased eemaldavad kasvajaid põhjustavast plasmiidist haigust põhjustavad geenid, mida nimetatakse Tivõi kasvajat indutseeriv plasmiid. Nad asendavad need geenid ükskõik milliste geenidega, mida nad tahavad taime üle kanda, nii et taim nakatub soovitava DNA-ga.
Seotud sisu: Rakubioloogia: ülevaade prokarüootilistest ja eukarüootsetest rakkudest
Viirused tungivad sageli teistesse rakkudesse, bakteritest inimrakkudeni, ja sisestavad oma DNA. A viirusvektor kasutavad teadlased DNA ülekandmiseks taime- või loomarakku. Haigust põhjustavad geenid eemaldatakse ja asendatakse soovitud geenidega, mis võivad sisaldada markergeene, mis annavad märku ülekande toimumisest.
Geenitehnoloogia kaasaegne ajalugu
Esimene moodsa geneetilise muundamise näide oli 1973. aastal, kui Herbert Boyer ja Stanley Cohen kandsid geeni ühest bakteritüvest teise. Geen kodeeris antibiootikumiresistentsust.
Järgmisel aastal lõid teadlased geneetiliselt muundatud looma esimese astme, kui Rudolf Jaenisch ja Beatrice Mintz sisestasid hiireembrüosse võõra DNA.
Teadlased hakkasid geenitehnoloogiat rakendama suure hulga organismide jaoks kasvava hulga uute tehnoloogiate jaoks. Näiteks arendasid nad välja herbitsiidikindluse taimi, et põllumehed saaksid umbrohule pritsida, kahjustamata nende saaki.
Samuti modifitseerisid nad toite, eriti köögivilju ja puuvilju, nii et need kasvaksid palju suuremaks ja kauem kui nende muundamata nõod.
Seos geenitehnoloogia ja biotehnoloogia vahel
Geenitehnoloogia on biotehnoloogia alus, kuna biotehnoloogiatööstus on üldises mõttes tohutu valdkond, mis hõlmab teiste elusliikide kasutamist inimeste vajadusteks.
Teie esivanemad tuhandete aastate eest, kes kasvatasid valikuliselt koeri või teatavaid põllukultuure, kasutasid biotehnoloogiat. Nii on ka tänapäevaste põllumeeste ja koerte kasvatajatega, nagu ka iga pagari- või veinikelder.
Seotud sisu: Kuidas kliimamuutuste teemal oma esindajaga ühendust võtta?
Tööstuslik biotehnoloogia ja kütused
Kütuseallikatena kasutatakse tööstuslikku biotehnoloogiat; siit pärineb mõiste “biokütused”. Mikroorganismid tarbivad rasvu ja muudavad need etanooliks, mis on tarbitav kütuseallikas.
Ensüüme kasutatakse selliste kemikaalide tootmiseks, kus on vähem jäätmeid ja kulusid kui traditsioonilistel meetoditel, või tootmisprotsesside puhastamiseks keemiliste kõrvalsaaduste lagundamise teel.
Meditsiinilise biotehnoloogia ja farmaatsiaettevõtted
Alates tüvirakkude ravist kuni täiustatud vereanalüüsideni ja lõpetades mitmesuguste ravimitega on biotehnoloogia muutnud tervishoiu nägu. Meditsiinilised biotehnoloogiaettevõtted kasutavad mikroobide loomiseks uusi ravimeid, näiteks monoklonaalsed antikehad (neid ravimeid kasutatakse mitmesuguste haiguste, sealhulgas vähi raviks), antibiootikumide, vaktsiinide ja hormoonide raviks.
Märkimisväärne meditsiiniline edasiminek oli sünteetilise insuliini loomise protsessi arendamine geenitehnoloogia ja mikroobide abil. Iniminsuliini DNA sisestatakse bakteritesse, mis replitseerivad ja kasvavad ning toodavad insuliini, kuni insuliini saab koguda ja puhastada.
Biotehnoloogia ja tagasilöök
Ingo Potrykus kasutas 1991. aastal põllumajanduse biotehnoloogiaalaseid teadusuuringuid, et töötada välja selline beetakaroteeniga rikastatud riis, mille keha muundab A-vitamiiniks ning sobib ideaalselt kasvatamiseks Aasia riikides, kus A-vitamiini vaegusest tulenev lapsepimedus on eriline probleem.
Teadusringkondade ja avalikkuse vahel ekslik kommunikatsioon on tekitanud suuri vaidlusi geneetiliselt muundatud organismide ehk GMOde üle. Geneetiliselt muundatud toidutoodete nagu kuldne riis, nagu seda nimetatakse, suhtes valitses nii suur hirm ja vallandus, et hoolimata sellest, et taimed olid Aasia põllumeestele 1999. aastal turustamiseks valmis, ei ole seda veel levinud.