Генетична модификация: Определение, типове, процес, примери

A ген, от основна биохимична гледна точка, е сегмент от Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) във всяка клетка на организма, която носи генетичния код за сглобяване на определен протеинов продукт. На по-функционално и динамично ниво гените определят какви организми - животни, растения, гъбички и дори бактерии - и в какво са предназначени да се развият.

Докато поведението на гените се влияе от фактори на околната среда (например, храненето) и дори от други гени, съставът на вашите генетичен материал преобладаващо диктува почти всичко за вас, видимо и невидимо, от размера на тялото ви до реакцията ви към микробни нашественици, алергени и други външни агенти.

Следователно способността да се променят, модифицират или проектират гени по специфични начини би въвела възможността да бъде в състояние създават изискано съобразени организми - включително хора - използвайки дадени комбинации от ДНК, за които е известно, че съдържат определени гени.

Процесът на промяна на организма генотип (свободно казано, сумата от отделните му гени) и следователно генетичният му "план" е известен като

Асоциираните разработки са предизвикани както от вълнение от перспективата за подобряване на човешкото здраве и качеството на живот, така и от множество трънливи и неизбежни етични проблеми на различни фронтове.

Генетична модификация е всеки процес, чрез който гените се манипулират, променят, изтриват или коригират, за да се усили, промени или коригира определена характеристика на организма. Това е манипулация на черти на абсолютно коренно или клетъчно ниво.

Помислете за разликата между рутинното оформяне на косата по определен начин и действителната възможност да контролирате цвета, дължината и косата на косата си обща подредба (напр. права срещу къдрава), без да използвате каквито и да било продукти за грижа за косата, вместо да разчитате на даването на невидими компоненти на вашия инструкции за тялото относно това как да постигнете и осигурите желания козметичен резултат и вие придобивате представа за това какво е генетична модификация относно.

Тъй като всички живи организми съдържат ДНК, генното инженерство може да бъде извършено върху всички организми, от бактерии до растения до хора.

Докато четете това, областта на генното инженерство кипи от нови възможности и практики в областта на земеделието, медицината, производството и други сфери.

Важно е да разберете разликата между буквално променящите се гени и поведението по начин, който се възползва от съществуващия ген.

Много гени не работят независимо от средата, в която живее родителският организъм. Диетични навици, стрес от различни видове (напр. Хронични заболявания, които могат или нямат собствена генетична основа) и други неща организмите, които рутинно се сблъскват, могат да повлияят на генната експресия или на нивото, до което гените се използват за създаване на протеиновите продукти, за които те код.

Ако произхождате от семейство на хора, които са генетично склонни да бъдат по-високи и по-тежки от средното и се стремите към спортна кариера в спорт, който благоприятства сила и размер, като баскетбол или хокей, можете да вдигате тежести и да ядете здраво количество храна, за да увеличите шансовете си да бъдете толкова големи и силни, колкото възможен.

Но това е различно от възможността да вмъкнете нови гени във вашата ДНК, които на практика гарантират предвидимо ниво на мускулен и костен растеж и в крайна сметка човек с всички типични черти на спортна звезда.

Съществуват много видове техники за генно инженерство и не всички от тях изискват манипулиране на генетичен материал с помощта на сложно лабораторно оборудване.

Всъщност всеки процес, който включва активна и систематична манипулация на организма генофондили сумата от гените във всяка популация, която се размножава чрез размножаване (т.е. по полов път), се квалифицира като генно инженерство. Някои от тези процеси, разбира се, наистина са на върха на технологиите.

Изкуствен подбор: Наричан още прост подбор или селективно размножаване, изкуственият отбор е изборът на родителски организми с известен генотип на произвеждат потомство в количества, които не биха се появили, ако само природата е инженер, или най-малкото би се случило само за много по-голямо време везни.

Когато фермерите или животновъдите избират кои растения или животни да развъждат, за да осигурят потомство с определени характеристики, които хората смятат за желани по някаква причина, те практикуват ежедневна генетична форма модификация.

Индуцирана мутагенеза: Това е използването на рентгенови лъчи или химикали за предизвикване на мутации (непланирани, често спонтанни промени в ДНК) в специфични гени или ДНК последователности на бактерии. Това може да доведе до откриване на генни варианти, които се представят по-добре (или ако е необходимо, по-лошо) от „нормалния“ ген. Този процес може да помогне за създаването на нови "линии" на организмите.

Мутациите, макар и често вредни, са и основният източник на генетична променливост в живота на Земята. В резултат на това ги индуцира в голям брой, макар и да създаде популации от по-малко годни организми увеличава вероятността от полезна мутация, която след това може да бъде използвана за човешки цели с помощта на допълнителни техники.

Вирусни или плазмидни вектори: Учените могат да въведат ген във фаг (вирус, който заразява бактерии или техните прокариотни роднини, археите) или плазмид вектор и след това поставете модифицирания плазмид или фаг в други клетки, за да въведе новия ген в тези клетки.

Приложенията на тези процеси включват увеличаване на устойчивостта към болести, преодоляване на антибиотичната резистентност и подобряване на способността на организма да се противопоставя на стресови фактори от околната среда, като екстремни температури и токсини. Алтернативно, използването на такива вектори може да усили съществуваща характеристика, вместо да създава нова.

Използвайки технология за отглеждане на растения, растението може да бъде „наредено“ да цъфти по-често или бактериите могат да бъдат индуцирани да произвеждат протеин или химикал, който обикновено не биха направили.

Ретровирусни вектори: Тук части от ДНК, съдържащи определени гени, се влагат в тези специални видове вируси, които след това транспортират генетичния материал в клетките на друг организъм. Този материал е включен в генома на гостоприемника, така че те могат да бъдат експресирани заедно с останалата част от ДНК в този организъм.

По-просто казано, това включва отрязване на верига от ДНК на гостоприемника с помощта на специални ензими, вмъквайки новото ген в пролуката, създадена от изрязването и прикрепването на ДНК в двата края на гена към гостоприемника ДНК.

Технология "Knock in, knock out": Както подсказва името му, този тип технология дава възможност за пълно или частично изтриване на определени участъци от ДНК или определени гени („нокаут“). По подобен начин човешките инженери, които стоят зад тази форма на генетична модификация, могат да избират кога и как да включат („чукат“) нова част от ДНК или нов ген.

Инжектиране на гени в зараждащи се организми: Инжектирането на гени или вектори, които съдържат гени в яйца (ооцити), може да включи новите гени в геномът на развиващия се ембрион, които следователно се експресират в организма, който в крайна сметка резултати.

Клониране на гени е пример за използването на плазмидни вектори. Плазмидите, които представляват кръгови парчета ДНК, се извличат от бактериална или дрождена клетка. Ограничителни ензими, които са протеини, които „режат“ ДНК на определени места по протежение на молекулата, се използват за отрязване на ДНК, създавайки линейна верига от кръговата молекула. След това ДНК за желания ген се „вкарва“ в плазмида, който се въвежда в други клетки.

И накрая, тези клетки започват да четат и кодират гена, който е бил изкуствено добавен към плазмида.

Свързано съдържание: Определение на РНК, функция, структура

Клонирането на гени включва четири основни стъпки. В следващия пример вашата цел е да създадете щам на Д. коли бактерии, които светят в тъмното. (Обикновено, разбира се, тези бактерии не притежават това свойство; ако го направиха, места като канализационните системи в света и много от естествените му водни пътища биха приели съвсем различен характер, като Д. коли са преобладаващи в стомашно-чревния тракт на човека.)

1. Изолирайте желаната ДНК. Първо, трябва да намерите или създадете ген, който кодира протеин с необходимото свойство - в този случай свети в тъмното. Някои медузи произвеждат такива протеини и отговорният ген е идентифициран. Този ген се нарича целева ДНК. В същото време трябва да определите какъв плазмид ще използвате; това е векторна ДНК.

2. Разцепете ДНК, като използвате рестрикционни ензими. Тези гореспоменати протеини, наричани още рестрикционни ендонуклеази, са в изобилие в бактериалния свят. В тази стъпка използвате една и съща ендонуклеаза, за да изрежете както целевата ДНК, така и векторната ДНК.

Някои от тези ензими се режат направо през двете вериги на ДНК молекулата, докато в други случаи те правят "шахматно" рязане, оставяйки малки дължини на едноверижна ДНК да бъдат изложени. Последните се наричат лепкави краища.

3. Комбинирайте целевата ДНК и векторната ДНК. Сега събирате двата вида ДНК заедно с ензим, наречен ДНК лигаза, който функционира като сложен вид лепило. Този ензим обръща работата на ендонуклеазите, като свързва краищата на молекулите заедно. Резултатът е a химера, или нишка от рекомбинантна ДНК.

• Човешкият инсулин, наред с много други жизненоважни химикали, може да бъде произведен с помощта на рекомбинантна технология.

4. Въведете рекомбинантната ДНК в клетката гостоприемник. Сега имате гена, от който се нуждаете, и средство за пренасянето му до мястото, където му е мястото. Има редица начини да направите това, сред тях трансформация, в който така наречените компетентни клетки забъркват новата ДНК и електропорация, при който импулс на електричество се използва за кратко нарушаване на клетъчната мембрана, за да позволи на ДНК молекулата да влезе в клетката.

Изкуствен подбор: Развъдчиците на кучета могат да избират различни черти, особено цвета на козината. Ако даден развъдчик на лабрадорски ретривъри забележи нарастване на търсенето за даден цвят на породата, той или тя може систематично да се размножава за въпросния цвят.

Генна терапия: При някой с дефектен ген, копие на работещия ген може да бъде въведено в клетките на този човек, така че необходимият протеин може да бъде направен с помощта на чужда ДНК.

ГМ култури: Генетично модифицираните земеделски методи могат да се използват за създаване на генетично модифицирани (ГМ) култури като устойчиви на хербициди растения, култури, които дават повече плодове в сравнение с конвенционалното отглеждане, ГМ растения, които са устойчиви на студ, култури с подобрен общ добив, храни с по-висока хранителна стойност и т.н. На.

По-широко казано, през 21-ви век генетично модифицираните организми (ГМО) са разцъфнали в проблем с горещи бутони в Европейски и американски пазари поради опасенията за безопасността на храните и бизнес етиката, свързани с генетичната модификация на култури.

Генетично модифицирани животни: Един пример за ГМ храни в света на животновъдството е отглеждането на пилета, които растат по-големи и по-бързо, за да произведат повече месо от гърди. Рекомбинантните ДНК технологични практики като тези пораждат етични опасения поради болката и дискомфорта, които тя може да причини на животните.

Редактиране на гени: Пример за редактиране на гени или редактиране на геном е CRISPR, или групирани редовно разпръснати къси палиндромни повторения. Този процес е „заимстван“ от метод, използван от бактериите, за да се защитят от вируси. Той включва силно насочена генетична модификация на различни части от целевия геном.

В CRISPR, направляваща рибонуклеинова киселина (gRNA), молекула със същата последователност като целевото място в генома, се комбинира в клетката гостоприемник с ендонуклеаза, наречена Cas9. GRNA ще се свърже с целевото ДНК място, влачейки Cas9 заедно с него. Това редактиране на генома може да доведе до "избиване" на лош ген (като вариант, замесен в причиняване на рак) и в някои случаи позволява лошият ген да бъде заменен с желан вариант.