Sadržaj
- Genetska modifikacija: definicija
- Što genetska modifikacija nije
- Vrste genetskih modifikacija
- Gene Kloniranje
- Primjeri genetske modifikacije
gen, s osnovnog biokemijskog stajališta, je segment deoksiribonukleinske kiseline (DNA) unutar svake stanice organizma koji nosi genetski kod za sastavljanje određenog proteinskog proizvoda. Na funkcionalnijoj i dinamičnijoj razini geni određuju koji su organizmi - životinje, biljke, gljivice, pa čak i bakterije - i u što im je suđeno razvijati se.
Dok na ponašanje gena utječu okolišni čimbenici (npr. Prehrana), pa čak i drugi geni, sastav vašeg genetskog materijala neizmjerno diktira gotovo sve o vama, vidljivo i nevidljivo, od veličine vašeg tijela do vašeg odgovora na napadače mikroba , alergene i druge vanjske agense.
Sposobnost mijenjanja, modificiranja ili inženjeringa gena na specifične načine uvela bi, dakle, mogućnost stvaranja izvrsno prilagođenih organizama - uključujući ljude - koristeći dane kombinacije DNA za koje se zna da sadrže određene gene.
Proces promjene organizama genotip (labavo rečeno, zbroj njegovih pojedinih gena) i otuda je njegova genetska "plava boja" poznata kao genetska modifikacija, Također se zove genetski inženjering, ova vrsta biokemijskog manevriranja prešla je iz područja znanstvene fantastike u stvarnost posljednjih desetljeća.
Srodni razvoj dogodio se u oba uzbuđenja zbog izgleda poboljšanja zdravlja ljudi i kvalitete života i mnoštva trnovitih i neizbježnih etičkih pitanja na raznim frontovima.
Genetska modifikacija: definicija
Genetska modifikacija je svaki postupak kojim se genima manipulira, mijenja, briše ili prilagođava u svrhu poboljšanja, promjene ili prilagođavanja određene karakteristike organizma. To je manipulacija osobinama na apsolutnoj korijenskoj - ili staničnoj - razini.
Razmislite o razlici između rutinskog oblikovanja kose na određeni način i doista moći kontrolirati boju, duljinu kose i općeniti raspored (npr. Ravno prema kovrdžavima) bez korištenja proizvoda za njegu kose, već se oslanjajući na davanje nevidljivih komponenti vaših tjelesnih uputa koji se tiču načina postizanja i osiguranja željenog kozmetičkog rezultata, a vi steknete osjećaj o čemu se radi u genetskoj modifikaciji.
Budući da svi živi organizmi sadrže DNK, genetski se inženjering može izvesti na bilo kojem i svim organizmima, od bakterija do biljaka do ljudi.
Dok ovo čitate, polje genetskog inženjerstva obiluje novim mogućnostima i praksama u području poljoprivrede, medicine, proizvodnje i drugih područja.
Što genetska modifikacija nije
Važno je razumjeti razliku između doslovno mijenjanja gena i ponašanja na način koji koristi prednost postojećeg gena.
Mnogi geni ne djeluju neovisno o okruženju u kojem živi matični organizam. Prehrambene navike, stresovi raznih vrsta (npr. Kronične bolesti, za koje se može ili ne mora imati vlastita genetska osnova) i druge stvari s kojima se organizmi rutinski suočavaju mogu utjecati na ekspresiju gena ili na razinu na kojoj se geni koriste za proizvodnju proteinskih proizvoda za koje kodiraju.
Ako potječete iz obitelji ljudi koji su genetski skloni višem i težem prosjeku, a želite se baviti atletskom karijerom u sportu koji favorizira snagu i veličinu, poput košarke ili hokeja, možete dizati utege i jesti veliku količinu hrane kako biste povećali svoje šanse da budete što veći i jači.
Ali to je drugačije od toga da možete u svoj DNK umetnuti nove gene koji praktički garantiraju predvidivu razinu rasta mišića i kostiju i, u konačnici, čovjeka sa svim tipičnim osobinama sportske zvijezde.
Vrste genetskih modifikacija
Postoje mnoge vrste tehnika genetskog inženjeringa i ne zahtijevaju sve manipulacije genetskim materijalom koristeći sofisticiranu laboratorijsku opremu.
U stvari, svaki proces koji uključuje aktivnu i sustavnu manipulaciju organizmima genetski bazenili zbroj gena u bilo kojoj populaciji koja se razmnožava reprodukcijom (tj. seksualnim putem) kvalificira se kao genetski inženjering. Neki se od tih procesa zaista nalaze na vrhunskoj tehnologiji.
Umjetna selekcija: Također se naziva jednostavnim selekcijom ili selektivnim uzgojem, umjetna selekcija je odabir roditeljskih organizama s poznatim genotipom za proizvodnju potomstva u količinama koje se ne bi dogodile da je priroda sama inženjer ili će se to pojaviti u najmanje većim vremenskim razmjerima.
Kad farmeri ili uzgajivači pasa odaberu koje biljke ili životinje uzgajaju kako bi osigurali potomstvo s određenim karakteristikama koje ljudi smatraju iz nekog razloga poželjnim, oni praktikuju svakodnevni oblik genetske modifikacije.
Inducirana mutageneza: Ovo je upotreba rendgenskih zraka ili kemikalija da se induciraju mutacije (neplanirane, često spontane promjene DNK) u specifičnim genima ili DNK sekvencijama bakterija. To može rezultirati otkrivanjem varijanti gena koji se ponašaju bolje (ili ako je potrebno, lošije) od "normalnih" gena. Taj proces može pomoći stvaranju novih "linija" organizama.
Mutacije, iako često štetne, ujedno su i temeljni izvor genetske varijabilnosti u životu na Zemlji. Kao rezultat, njihovo induciranje u velikom broju, iako sigurno stvara populacije manje prikladnih organizama, također povećava vjerojatnost blagotvorne mutacije koja se pomoću dodatnih tehnika može iskoristiti u ljudske svrhe.
Viralni ili plazmidni vektori: Znanstvenici mogu uvesti gen u fag (virus koji inficira bakterije ili njihove prokariotske srodnike, Arheje) ili plazmidni vektor, a zatim modificirani plazmid ili fag smjestiti u druge stanice kako bi se novi gen mogao uvesti u te stanice.
Primjena ovih procesa uključuje povećanje otpornosti na bolest, prevladavanje otpornosti na antibiotike i poboljšanje sposobnosti organizama da se odupru stresima iz okoliša poput temperaturnih ekstremnih toksina i toksina.Alternativno, uporaba takvih vektora može pojačati postojeću karakteristiku umjesto stvaranja novog.
Koristeći tehnologiju uzgoja biljaka, biljci se može „narediti“ da cvjeta češće, ili pak može se navesti bakterija da proizvodi protein ili kemikalije koje obično ne bi.
Retrovirusni vektori: Ovdje se dijelovi DNA koji sadrže određene gene stavljaju u ove posebne vrste virusa, koje potom transportiraju genetski materijal u stanice drugog organizma. Taj se materijal ugrađuje u genom domaćina tako da se može eksprimirati zajedno s ostatkom DNK u tom organizmu.
Jednostavno rečeno, to uključuje presijecanje lanca DNA domaćina primjenom posebnih enzima, umetanje novog gena u jaz koji je stvoren presijecanjem i spajanje DNK na oba kraja gena na domaćinu DNA.
Tehnologija "knock in, knock out": Kao što mu ime govori, ova vrsta tehnologije omogućuje potpuno ili djelomično brisanje određenih dijelova DNA ili određenih gena ("knock out"). Slično tomu, ljudski inženjeri koji stoje iza ovog oblika genetske modifikacije mogu birati kada i kako uključiti („zakucati“) novi dio DNK ili novi gen.
Ubrizgavanje gena u organizme koji se rađaju: Ubrizgavanje gena ili vektora koji sadrže gene u jajašce (oociti) mogu ugraditi nove gene u genom embriona u razvoju, koji se stoga eksprimiraju u organizmu što na kraju rezultira.
Gene Kloniranje
Kloniranje gena je primjer uporabe vektora plazmida. Plazmidi, koji su kružni dijelovi DNK, izvađeni su iz bakterijske ili kvasne stanice. Restriktivni enzimi, koji su bjelančevine koje “sjeku” DNK na određenim mjestima duž molekule, koriste se za presjek DNA, stvarajući linearni niz iz kružne molekule. Potom se DNK za željeni gen "zalijepi" u plazmid, koji se uvodi u ostale stanice.
Konačno, te stanice počinju čitati i kodirati gen koji je umjetno dodan plazmidu.
Povezani sadržaj: RNA Definicija, funkcija, struktura
Kloniranje gena uključuje četiri osnovna koraka. U sljedećem primjeru vaš je cilj proizvesti soj od E coli bakterija koja svijetli u mraku. (Obično, naravno, ove bakterije ne posjeduju ovo svojstvo; da jesu, mjesta poput svjetskih kanalizacijskih sustava i mnogi od njegovih prirodnih plovnih putova poprimili bi izrazito drugačiji karakter, kao E coli prevladavaju u ljudskom gastrointestinalnom traktu.)
1. Izolirajte željenu DNA. Prvo morate pronaći ili stvoriti gen koji kodira protein sa potrebnim svojstvima - u ovom slučaju svijetli u mraku. Određene meduze proizvode takve proteine, a odgovoran gen je identificiran. Ovaj gen se naziva the ciljni DNK, Istodobno, morate odrediti koji ćete plazmid koristiti; ovo je vektorski DNK.
2. Pročistite DNA koristeći restrikcijske enzime. Ovi gore spomenuti proteini, također nazvani restrikcijska endonukleaza, obiluje bakterijskim svijetom. U ovom koraku, koristite istu endonukleazu kako biste izrezali i ciljnu i vektorsku DNK.
Neki od ovih enzima režu se ravno na obje lance molekule DNK, dok u drugim slučajevima prave "stupnjevani" rez, ostavljajući male duljine jednolančane DNK izložene. Pozivaju se potonji ljepljivi krajevi.
3. Kombinirajte ciljni DNK i vektorski DNA. Sada sastavljate dvije vrste DNK zajedno s enzimom zvanim DNK ligaza, koja djeluje kao složena vrsta ljepila. Ovaj enzim preokreće rad endonukleaza spajanjem krajeva molekula. Rezultat je a himeraili žice od rekombinantni DNK.
4. Unesite rekombinantnu DNK u stanicu domaćina. Sada imate potreban gen i sredstvo da ga prebacite tamo gdje pripada. Postoji nekoliko načina da se to postigne, među njima je i njih transformacija, u kojem takozvane kompetentne stanice progutaju novu DNK, i elektroporacija, u kojem se koristi impuls električne energije da nakratko poremeti staničnu membranu kako bi molekula DNA mogla ući u stanicu.
Primjeri genetske modifikacije
Umjetna selekcija: Uzgajivači pasa mogu odabrati različite značajke, osobito boju dlake. Ako određeni uzgajivač labradorskih retrivera primijeti porast potražnje za određenom bojom pasmine, može sustavno uzgajati određenu boju.
Genska terapija: Kod nekoga sa oštećenim genom, kopija radnog gena može se unijeti u stanice te osobe tako da se potrebni protein može načiniti korištenjem strane DNA.
GM usjevi: Metode poljoprivrede genetičkih modifikacija mogu se koristiti za stvaranje genetski modificiranih (GM) usjeva poput biljaka otpornih na herbicide, usjeva koji daju više voća u usporedbi s konvencionalnim uzgojem, GM biljaka koja su otporna na hladnoću, usjeva s poboljšanim ukupnim urodom žetve, hrane s veću hranjivu vrijednost i tako dalje.
Šire gledano, u 21. stoljeću genetski modificirani organizmi (GMO) procvali su u hitno stanje na europskom i američkom tržištu, kako zbog sigurnosti hrane, tako i zbog poslovne etike koja se tiče genetičke modifikacije usjeva.
Genetski modificirane životinje: Jedan primjer GM hrane u stočarstvu je uzgoj pilića koja rastu veće i brže kako bi se proizvelo više majčinog mesa. Rekombinantna praksa DNK tehnologija poput ove izaziva etičke probleme zbog boli i nelagode koju životinja može nanijeti.
Uređivanje gena: Primjer uređivanja gena ili uređivanja genoma je CRISPR, ili grupirani redovito isprekidani kratki palindromski ponavljanici, Taj se postupak "posuđuje" iz metode koju bakterije koriste za obranu od virusa. To uključuje visoko ciljanu genetsku modifikaciju različitih dijelova ciljnog genoma.
U CRISPR-u vodeća ribonukleinska kiselina (gRNA), molekula s istim redoslijedom kao ciljno mjesto u genomu, kombinirana je u stanici domaćina s endonukleazom koja se zove Cas9. GRNA će se vezati za ciljno mjesto DNA, povlačeći Cas9 zajedno sa sobom. Ovo uređivanje genoma može rezultirati "izbacivanjem" lošeg gena (kao što je varijanta upletena u izazivanje raka) i u nekim slučajevima dopušta zamjenu lošeg gena poželjnom varijantom.