Biotechnologie a genetické inženýrství: Přehled

Biotechnologie je oblast vědy o živé přírodě, která využívá živé organismy a biologické systémy k vytváření modifikovaných nebo nových organismů nebo užitečných produktů. Hlavní složkou biotechnologie je genetické inženýrství.

Populární koncept biotechnologie je jedním z experimentů probíhajících v laboratořích a špičkových průmyslový pokrok, ale biotechnologie je mnohem více integrována do každodenního života většiny lidí než ona zdá se.

Vakcíny, které dostanete, sójová omáčka, sýr a chléb, které kupujete v obchodě, plasty ve vašem každodenním životě prostředí, vaše bavlněné oblečení odolné proti vráskám, úklid po zprávách o úniku oleje a další, to vše jsou příklady biotechnologie. Všichni „zaměstnávají“ živé mikroby, aby vytvořili produkt.

Dokonce i krevní test na Lyme nemoc, chemoterapie rakoviny prsu nebo injekce inzulínu mohou být výsledkem biotechnologie.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Biotechnologie spoléhá na oblast genetického inženýrství, které modifikuje DNA tak, aby změnila funkci nebo jiné vlastnosti živých organismů.

Prvním příkladem je selektivní šlechtění rostlin a zvířat před tisíci lety. Vědci dnes upravují nebo přenášejí DNA z jednoho druhu na druhý. Biotechnologie využívá tyto procesy pro širokou škálu průmyslových odvětví, včetně medicíny, potravinářství a zemědělství, výroby a biopaliv.

Biotechnologie by nebyla možná bez genetické inženýrství. V moderních podmínkách tento proces manipuluje s genetickými informacemi buněk pomocí laboratorních technik, aby změnil rysy živých organismů.

Vědci mohou pomocí genetického inženýrství změnit způsob, jakým organismus vypadá, chová se, funguje nebo interaguje se specifickými materiály nebo podněty ve svém prostředí. Genetické inženýrství je možné ve všech živých buňkách; to zahrnuje mikroorganismy, jako jsou bakterie, a jednotlivé buňky mnohobuněčných organismů, jako jsou rostliny a zvířata. Dokonce lidský genom lze upravit pomocí těchto technik.

Vědci někdy mění genetickou informaci v buňce přímou změnou jejích genů. V ostatních případech jsou kousky DNA z jednoho organismu implantovány do buněk jiného organismu. Nové hybridní buňky se nazývají transgenní.

Genetické inženýrství se může zdát jako ultramoderní technologický pokrok, ale používá se po celá desetiletí v mnoha oblastech. Ve skutečnosti má moderní genetické inženýrství kořeny ve starověkých lidských praktikách, které poprvé definoval Charles Darwin jako umělý výběr.

Umělý výběr, který se také nazývá šlechtění, je metoda záměrného výběru párových párů pro rostliny, zvířata nebo jiné organismy na základě požadovaných vlastností. Důvodem je vytvoření potomků s těmito vlastnostmi a opakování procesu s budoucími generacemi, aby se vlastnosti v populaci postupně posilovaly.

Ačkoli umělý výběr nevyžaduje mikroskopii ani jiné pokročilé laboratorní vybavení, jedná se o účinnou formu genetického inženýrství. Ačkoli to začalo jako starodávná technika, lidé ji používají dodnes.

Mezi běžné příklady patří:

• Chov hospodářských zvířat.
• Vytváření odrůd květin.
• Chov zvířat, jako jsou hlodavci nebo primáti, se specifickými požadovanými vlastnostmi, jako je náchylnost k chorobám, pro výzkumné studie.

První známý příklad lidí zapojených do umělého výběru organismu je vzestup Canis lupus familiaris, nebo jak je běžněji známo, pes. Asi před 32 000 lety žili lidé v oblasti východní Asie, která je nyní Čínou, ve skupinách lovců a sběračů. Diví vlci sledovali lidské skupiny a uklízeli na zdechlinách, která po sobě zanechali lovci.

Vědci si myslí, že je velmi pravděpodobné, že lidé dovolili žít pouze poslušným vlkům, kteří nebyli hrozbou. Tímto způsobem se odbočka psů od vlků začala sebevýběrem jako jedinců se znakem což jim umožnilo tolerovat přítomnost lidí se staly domestikovanými společníky lovci a sběrači.

Nakonec se lidé začali úmyslně domestikovat a poté chovat generace psů pro požadované vlastnosti, zejména učenlivost. Psi se stali věrnými a ochrannými společníky lidí. Po tisíce let je lidé selektivně chovali pro specifické rysy, jako je délka a barva srsti, velikost očí a délka čenichu, velikost těla, dispozice a další.

Divokí vlci východní Asie před 32 000 lety, kteří se před 32 000 lety rozdělili na psy, zahrnují téměř 350 různých plemen psů. Tito raní psi jsou nejvíce geneticky příbuzní s moderními psy zvanými čínští domorodí psi.

Umělá selekce se projevovala jinými způsoby také ve starověkých lidských kulturách. Jak se lidé pohybovali směrem k zemědělským společnostem, využívali umělý výběr s rostoucím počtem rostlinných a živočišných druhů.

Domestikovali zvířata tím, že je chovali z generace na generaci, pouze pářili potomky, které vykazovaly požadované vlastnosti. Tyto vlastnosti závisely na účelu zvířete. Například moderní domestikovaní koně se běžně používají v mnoha kulturách jako přeprava a jako smečka, součást skupiny zvířat běžně nazývaných břemena.

Proto rysy, které chovatelé koní mohli hledat, jsou poslušnost a síla, stejně jako robustnost v chladu nebo horku a schopnost chovat v zajetí.

Starověké společnosti využívaly genetické inženýrství i jinými způsoby než umělým výběrem. Před 6 000 lety používali Egypťané droždí k kysnutí chleba a fermentované droždí k výrobě vína a piva.

Moderní genetické inženýrství se děje v laboratoři místo selektivního šlechtění, protože geny jsou zkopírován a přesunut z jednoho kusu DNA do druhého nebo z buňky jednoho organismu do jiného organismu DNA. To se spoléhá na kruh DNA zvaný a plazmid.

Plazmidy jsou přítomny v bakteriálních a kvasinkových buňkách a jsou odděleny od chromozomů. Ačkoli oba obsahují DNA, plazmidy nejsou obvykle nutné k tomu, aby buňka přežila. Zatímco bakteriální chromozomy obsahují tisíce genů, plazmidy obsahují pouze tolik genů, kolik byste spočítali na jedné ruce. Díky tomu je s nimi mnohem jednodušší manipulovat a analyzovat.

Objev v 60. letech 20. století restrikční endonukleázy, také známý jako restrikční enzymy, vedlo k průlomu v editaci genů. Tyto enzymy štěpí DNA na specifických místech v řetězci základní páry.

Spojené jsou páry bází nukleotidy které tvoří řetězec DNA. V závislosti na druhu bakterie bude restrikční enzym specializován na rozpoznávání a štěpení různých sekvencí párů bází.

Související obsah: Definice molekulární biologie

Vědci zjistili, že byli schopni použít restrikční enzymy k vyříznutí kousků plazmidových kruhů. Poté byli schopni zavést DNA z jiného zdroje.

Jiný enzym s názvem DNA ligáza připojí cizí DNA k původnímu plazmidu v prázdné mezeře, kterou zanechala chybějící sekvence DNA. Konečným výsledkem tohoto procesu je plazmid s cizím genovým segmentem, který se nazývá a vektor.

Pokud byl zdrojem DNA jiný druh, volá se nový plazmid rekombinantní DNAnebo chiméra. Jakmile je plazmid znovu zaveden do bakteriální buňky, jsou nové geny exprimovány, jako by bakterie vždy měla tuto genetickou výbavu. Jak se bakterie replikuje a množí, bude také zkopírován gen.

Pokud je cílem zavést novou DNA do buňky organismu, který není bakterií, jsou nutné různé techniky. Jedním z nich je a genová zbraň, který odstřeluje velmi malé částice prvků z těžkých kovů potažené rekombinantní DNA v rostlinné nebo zvířecí tkáni.

Dvě další techniky vyžadují využití síly infekčních chorobných procesů. Volal bakteriální kmen Agrobacterium tumefaciens infikuje rostliny a způsobuje růst nádorů v rostlině. Vědci odstraňují geny způsobující onemocnění z plazmidu odpovědného za nádory, nazývaného Tinebo plazmid indukující nádor. Nahrazují tyto geny kterýmikoli geny, které chtějí přenést do rostliny, aby se rostlina „nakazila“ žádoucí DNA.

Související obsah: Cell Biology: An Overview of Prokaryotic & Eukaryotic Cells

Viry často napadají jiné buňky, od bakterií po lidské buňky, a vkládají vlastní DNA. A virový vektor je používán vědci k přenosu DNA do rostlinné nebo zvířecí buňky. Geny způsobující onemocnění jsou odstraněny a nahrazeny požadovanými geny, které mohou zahrnovat markerové geny, které signalizují, že došlo k přenosu.

První příklad moderní genetické modifikace byl v roce 1973, kdy Herbert Boyer a Stanley Cohen přenesli gen z jednoho kmene bakterií do jiného. Gen kódoval rezistenci na antibiotika.

V následujícím roce vytvořili vědci první případ geneticky modifikovaného zvířete, když Rudolf Jaenisch a Beatrice Mintzová úspěšně vložili cizí DNA do myších embryí.

Vědci začali aplikovat genetické inženýrství na širokou oblast organismů pro rostoucí počet nových technologií. Například vyvinuli rostliny s odolností vůči herbicidům, aby farmáři mohli stříkat na plevel, aniž by to poškodilo jejich úrodu.

Upravili také potraviny, zejména zeleninu a ovoce, aby rostly mnohem větší a vydržely déle než jejich nemodifikovaní bratranci.

Genetické inženýrství je základem biotechnologie, protože biotechnologický průmysl je v obecném smyslu rozsáhlá oblast, která zahrnuje využití jiných živých druhů pro potřeby lidí.

Vaši předkové před tisíci lety, kteří selektivně chovali psy nebo určité plodiny, využívali biotechnologie. Stejně tak jsou novodobí farmáři a chovatelé psů, stejně jako každá pekárna nebo vinařství.

Související obsah: Jak kontaktovat svého zástupce ohledně změny klimatu

Pro zdroje paliv se používá průmyslová biotechnologie; to je místo, kde pochází pojem „biopaliva“. Mikroorganismy konzumují tuky a přeměňují je na ethanol, který je spotřebním zdrojem paliva.

Enzymy se používají k výrobě chemikálií s menšími odpady a nižšími náklady než tradiční metody, nebo k čištění výrobních procesů rozkladem chemických vedlejších produktů.

Biotechnologie změnila tvář zdravotní péče, od léčby kmenovými buňkami přes vylepšené krevní testy až po různé farmaceutické výrobky. Společnosti zabývající se lékařskou biotechnologií používají mikroby k výrobě nových léků, jako je např monoklonální protilátky (tyto léky se používají k léčbě různých stavů, včetně rakoviny), antibiotik, vakcín a hormonů.

Významným medicínským pokrokem byl vývoj procesu výroby syntetického inzulínu pomocí genetického inženýrství a mikrobů. DNA pro lidský inzulín je vložena do bakterií, které se replikují a rostou a produkují inzulín, dokud není možné shromáždit a vyčistit inzulín.

V roce 1991 Ingo Potrykus použil výzkum zemědělské biotechnologie k vývoji druhu rýže obohacené beta karotenem, který tělo převádí na vitamin A a je ideální pro pěstování v asijských zemích, kde je obzvláště důležitá dětská slepota z nedostatku vitaminu A. problém.

Nedorozumění mezi vědeckou komunitou a veřejností vedlo k velkým polemikám ohledně geneticky modifikovaných organismů nebo GMO. Tam byl takový strach a křik nad geneticky modifikovaný potravinářský výrobek, jako je Golden Rice, jak se tomu říká, že navzdory tomu, že byly rostliny připraveny k distribuci asijským zemědělcům v roce 1999, tato distribuce dosud došlo.