Sisu
- Geneetiline modifikatsioon: määratlus
- Milline geneetiline modifikatsioon pole
- Geneetilise muundamise tüübid
- Geeni kloonimine
- Geneetilise muundamise näited
A geenAluselises biokeemilises vaates on desoksüribonukleiinhappe (DNA) segment organismi igas rakus, mis kannab geneetilist koodi konkreetse valguprodukti kokkupanemiseks. Funktsionaalsemal ja dünaamilisemal tasemel määravad geenid, millised organismid - loomad, taimed, seened ja isegi bakterid - on ja milleks nad on mõeldud arenemiseks.
Kui geenide käitumist mõjutavad keskkonnategurid (nt toitumine) ja isegi teised geenid, siis dikteerib teie geneetilise materjali koostis ülekaalukalt peaaegu kõike teie kohta, nähtavat ja nähtamatut, alates keha suurusest kuni vastuseni mikroobide sissetungijatele. , allergeenid ja muud välised ained.
Võimalus geene spetsiifilistel viisidel muuta, modifitseerida või kujundada tooks kaasa võimaluse luua suurepäraselt kohandatud organisme - sealhulgas inimesi -, kasutades teadaolevaid teatud geene sisaldava DNA kombinatsioone.
Organismide muutmise protsess genotüüp (lõdvalt öeldes selle üksikute geenide summa) ja seega ka tema geneetilist "sinist" nimetatakse geneetiline muundamine. Nimetatud ka geenitehnoloogia, on selline biokeemiline manööverdamine viimastel aastakümnetel liikunud ulme valdkonnast reaalsusesse.
Seotud arengud on nii inimeste tervise ja elukvaliteedi parandamise väljakutsetega seotud kui ka mitmed keerulised ja vältimatud eetilised probleemid mitmel rindel.
Geneetiline modifikatsioon: määratlus
Geneetiline modifikatsioon "Mis tahes protsess", mille käigus geenidega manipuleeritakse, neid muudetakse, kustutatakse või kohandatakse, et võimendada, muuta või kohandada organismi teatud omadusi. See on tunnustega manipuleerimine absoluutsel juure - või rakulisel tasemel.
Mõelge erinevusele juuste tavalisel teatud viisil kujundamise ja selle vahel, kas juukseid saab värvi, pikkuse ja üldise paigutusega (nt sirge või lokkis) kontrollida ilma juuksehooldustooteid kasutamata, selle asemel et loovutada keha juhiseid soovitud kosmeetilise tulemuse saavutamise ja tagamise kohta ning saate aru, mis geneetiline muundamine endast kujutab.
Kuna kõik elusorganismid sisaldavad DNA-d, saab geenitehnoloogiat läbi viia kõigi organismide suhtes, alates bakteritest kuni taimede ja inimesteni.
Seda lugedes kasvab geenitehnoloogia valdkond põllumajanduse, meditsiini, tootmise ja muude valdkondade uute võimaluste ja tavadega.
Milline geneetiline modifikatsioon pole
Oluline on mõista erinevust geenide sõna otseses mõttes muutmise ja käitumise vahel, mis kasutab ära olemasolevat geeni.
Paljud geenid ei tööta sõltumatult keskkonnast, milles emaorganism elab. Toitumisharjumused, mitmesugused stressid (nt kroonilised haigused, millel võib olla oma geneetiline alus või mitte) ja muud asjad, millega organismid tavapäraselt kokku puutuvad, võivad mõjutada geeniekspressiooni või taset, milleni geene kasutatakse valguproduktide valmistamiseks mille jaoks nad kodeerivad.
Kui olete pärit inimeste perekonnast, kes kipuvad geneetiliselt olema keskmisest kõrgemad ja raskemad, ning soovite sportlikku karjääri spordis, mis soosib tugevust ja suurust, näiteks korvpall või jäähoki, saate raskusi tõsta ja süüa jõuliselt toitu, et maksimeerida oma võimalusi olla võimalikult suur ja tugev.
Kuid see erineb võimalusest sisestada oma DNA-sse uusi geene, mis praktiliselt tagavad lihaste ja luude kasvu prognoositava taseme ning lõppkokkuvõttes inimese, kellel on kõik sporditähe iseloomulikud tunnused.
Geneetilise muundamise tüübid
Geenitehnoloogia tehnikaid on mitut tüüpi ja mitte kõik neist ei nõua geneetilise materjaliga manipuleerimist keerukate laboriseadmete abil.
Tegelikult on see protsess, mis hõlmab aktiivset ja süstemaatilist organismidega manipuleerimist geenivaramvõi geenide summa mis tahes populatsioonis, mis paljuneb sigimisega (st seksuaalselt), kvalifitseerub geenitehnoloogiaks. Mõni neist protsessidest on muidugi tehnoloogia tipptasemel.
Kunstlik valik: Kunstlikuks selektsiooniks nimetatakse ka lihtsat selektsiooni või selektiivset aretamist - teadaoleva genotüübiga vanemate organismide valimist, et saada järglasi sellistes kogustes, mida ei tekiks, kui insener oleks ainult loodus, või toimuks see vähemalt palju pikema aja jooksul.
Kui põllumehed või koerakasvatajad valivad, milliseid taimi või loomi aretada, et tagada järglastele teatud omadused, mida inimesed mingil põhjusel soovitavad peavad, kasutavad nad igapäevast geneetilist muundamist.
Indutseeritud mutagenees: See on röntgenikiirte või kemikaalide kasutamine bakterite spetsiifiliste geenide või DNA järjestuste mutatsioonide (planeerimata, sageli spontaansed muutused DNA-s) esilekutsumiseks. Selle tulemuseks võib olla geenivariantide avastamine, mis toimivad paremini (või vajadusel halvemini) kui “tavalised” geenid. See protsess võib aidata luua uusi organismide "jooni".
Kuigi mutatsioonid on sageli kahjulikud, on nad ka Maa elu geneetilise varieeruvuse peamiseks allikaks. Selle tulemusel suurendab nende suure hulga esilekutsumine vähem sobilike organismide populatsioonide loomiseks ka kasulike mutatsioonide tõenäosust, mida saab täiendavate meetodite abil kasutada inimlikel eesmärkidel.
Viiruslikud või plasmiidsed vektorid: Teadlased võivad sisestada geeni faagi (viirus, mis nakatab baktereid või nende prokarüootseid sugulasi, Archaea) või plasmiidivektorisse ning seejärel asetada modifitseeritud plasmiid või faag teistesse rakkudesse, et viia neisse rakkudesse uus geen.
Nende protsesside rakendused hõlmavad haigustele vastupidavuse suurendamist, antibiootikumiresistentsuse ületamist ja organismi võime parandamist keskkonna stressi tekitajatele, näiteks äärmuslikud temperatuurid ja toksiinid.Teise võimalusena võib selliste vektorite kasutamine uue loomise asemel võimendada olemasolevat tunnust.
Sordiaretustehnoloogiat kasutades saab taime sagedamini lillede tellimiseks lüüa või baktereid saab indutseerida valgu või kemikaali tootmiseks, mida nad tavaliselt ei teeks.
Retroviirusvektorid: Siin pannakse teatud tüüpi geene sisaldav DNA osa nendesse eriliikidesse viirustesse, mis transpordivad geneetilise materjali teise organismi rakkudesse. See materjal inkorporeeritakse peremeesgenoomi, nii et neid saab ekspresseerida koos ülejäänud organismi DNA-ga.
Lihtsamalt öeldes hõlmab see peremeesorganismi DNA ahela tükeldamist spetsiaalsete ensüümide abil, uue geeni sisestamist lõhestatud lõhesse ja DNA kinnitamist geeni mõlemas otsas peremees-DNA külge.
Tehnoloogia "koputage sisse, lööge välja": Nagu nimigi ütleb, võimaldab seda tüüpi tehnoloogia DNA teatud sektsioonide või geenide täielikku või osalist kustutamist ("koputada välja"). Sarnaselt võivad selle geneetilise muundamise vormi taga olevad insenerid valida, millal ja kuidas DNA uus osa või uus geen sisse lülitada (sisse lülitada).
Geenide süstimine tärkavatesse organismidesse: Geene sisaldavate geenide või vektorite süstimine munadesse (munarakkudesse) võib uued geenid liita areneva embrüo genoomi, mis seetõttu ekspresseeritakse organismis, mille tulemuseks on lõpptulemus.
Geeni kloonimine
Geenide kloonimine on näide plasmiidvektorite kasutamisest. Plasmiidid, mis on ümmargused DNA tükid, ekstraheeritakse bakteri- või pärmirakust. DNA kärpimiseks kasutatakse restriktsiooniensüüme, mis on valgud, mis “lõikavad” DNA molekuli kindlates kohtades, luues ümmarguse molekuli kaudu lineaarse ahela. Seejärel kleepitakse soovitud geeni DNA plasmiidi, mis viiakse teistesse rakkudesse.
Lõpuks hakkavad need rakud lugema ja kodeerima plasmiidile kunstlikult lisatud geeni.
Seotud sisu: RNA määratlus, funktsioon, struktuur
Geeni kloonimine sisaldab nelja põhietappi. Järgmises näites on teie eesmärk toota tüve E. coli bakterid, mis helendab pimedas. (Tavaliselt neil bakteritel seda omadust muidugi ei ole; kui nad seda teeksid, omandaksid sellised kohad nagu maailma kanalisatsioonisüsteemid ja paljud selle looduslikud veeteed selgelt eristuva iseloomu, kuna E. coli on levinud inimese seedetraktis.)
1. Eraldage soovitud DNA. Esiteks peate leidma või looma geeni, mis kodeerib vajaliku omadusega valku - sel juhul pimedas hõõguvat. Teatud meduusid teevad selliseid valke ja vastutav geen on kindlaks tehtud. Seda geeni nimetatakse sihtmärk-DNA. Samal ajal peate määrama, millist plasmiidi te kasutate; see on vektori DNA.
2. Lahutage DNA, kasutades restriktsiooniensüüme. Need eelnimetatud valgud, mida nimetatakse ka restriktsiooni endonukleaasid, on bakterimaailmas küllaga. Selles etapis kasutate sama sihtmärk-DNA ja vektori DNA lõikamiseks sama endonukleaasi.
Mõned neist ensüümidest lõikuvad otse DNA molekuli mõlemale ahelale, mõnel juhul teevad nad "astmeliselt" lõigatud, jättes väikese pikkusega üheahelalise DNA paljastatuks. Viimaseid kutsutakse kleepuvad otsad.
3. Kombineerige siht-DNA ja vektori DNA. Panite nüüd kaks tüüpi DNA kokku koos ensüümiga, mida nimetatakse DNA ligaas, mis toimib keeruka liimina. See ensüüm pöörab endonukleaaside tööd ümber, ühendades molekulide otsad omavahel. Tulemuseks on a kimäärvõi ahela rekombinantne DNA.
4. Viige peremeesrakku rekombinantne DNA. Nüüd on teil vajalik geen ja vahendid selle juhtimiseks sinna, kuhu see kuulub. Nende hulgas on mitmeid viise, kuidas seda teha muutumine, milles nn pädevad rakud pühivad uue DNA üles, ja elektroporatsioon, milles rakumembraani korraks katkestamiseks kasutatakse elektrienergia impulssi, et DNA molekul saaks rakku siseneda.
Geneetilise muundamise näited
Kunstlik valik: Koerakasvatajad saavad valida erinevate tunnuste, eriti karvkatte värvuse järgi. Kui antud labradori retriiverite tõuaretaja näeb nõudluse kasvu tõu teatud värvi osas, võib ta areneda süstemaatiliselt kõnealuse värvi jaoks.
Geeniteraapia: Keegi, kellel on defektne geen, võib töötava geeni koopia viia selle inimese rakkudesse, et nõutavat valku saaks valmistada võõra DNA abil.
GM-taimed: Geneetiliselt muundatud põllumajanduse meetodeid saab kasutada geneetiliselt muundatud (GM) põllukultuuride, näiteks herbitsiidikindlate taimede, põllukultuuride, mis annavad tavapärasest aretusest rohkem vilja, põllukultuuride, külmakindlate geneetiliselt muundatud taimede, parema üldise saagisaagiga põllukultuuride, kõrgem toiteväärtus ja nii edasi.
Laiemas plaanis on 21. sajandil geneetiliselt muundatud organismid (GMOd) puhkenud Euroopa ja Ameerika turgudel kiirenupuliseks teemaks, seda nii toiduohutuse kui ka ärieetika probleemide tõttu, mis on seotud põllukultuuride geneetilise muundamisega.
Geneetiliselt muundatud loomad: Üks näide geneetiliselt muundatud toitudest loomakasvatusmaailmas on kanade aretamine, kes kasvavad suuremaks ja kiiremaks, et saada rohkem rinnaliha. Sellised rekombinantse DNA tehnoloogia tavad tekitavad eetilisi probleeme valu ja ebamugavustunde tõttu, mida see loomadele võib põhjustada.
Geeni redigeerimine: Geenitoimetamise ehk genoomi redigeerimise näide on CRISPRvõi rühmitatud regulaarselt paiknevate vahedega lühikeste palindroomsete kordustega. See protsess on "laenatud" meetodist, mida bakterid kasutavad viiruste eest kaitsmiseks. See hõlmab sihtgenoomi erinevate osade sihipärast geneetilist muundamist.
CRISPRis juhtiv ribonukleiinhape (gRNA), molekul, millel on genoomis märklaudisaidiga sama järjestus, ühendatakse peremeesrakus endonukleaasiga, mida nimetatakse Cas9. GRNA seostub sihtmärk-DNA saidiga, lohistades sellega Cas9. See genoomi redigeerimine võib põhjustada halva geeni (näiteks variandi, mis on seotud vähktõve põhjustamisega) "väljalülitamise" ja mõnel juhul lubada halva geeni asendada soovitava variandiga.