Genetická modifikace: definice, typy, proces, příklady

A gen, ze základního biochemického hlediska, je segmentem deoxyribonukleová kyselina (DNA) uvnitř každé buňky organismu, která nese genetický kód pro sestavení konkrétního proteinového produktu. Na funkčnější a dynamičtější úrovni určují geny, co jsou to organismy - zvířata, rostliny, houby a dokonce i bakterie - a na co se mají vyvíjet.

Zatímco chování genů je ovlivňováno faktory prostředí (např. Výživa) a dokonce i jinými geny, složení vašeho genetický materiál drtivou většinou diktuje téměř vše o vás, viditelné i neviditelné, od velikosti vašeho těla až po vaši reakci na mikrobiální útočníky, alergeny a další externí činitele.

Schopnost konkrétně měnit, upravovat nebo upravovat geny by proto představovala možnost být schopen vytvářejte organizmy na míru - včetně lidí - pomocí daných kombinací DNA, o nichž je známo, že obsahují určité geny.

Proces změny organismu genotyp (volně řečeno, součet jeho jednotlivých genů), a proto je jeho genetický „plán“ známý jako genetická úprava. Také zvaný

Sdružený vývoj je vzrušený jak nadějí na zlepšení lidského zdraví a kvality života, tak řadou trnitých a nevyhnutelných etických problémů na různých frontách.

Genetická úprava je jakýkoli proces, kterým jsou geny manipulovány, měněny, mazány nebo upravovány za účelem zesílení, změny nebo úpravy určité vlastnosti organismu. Jedná se o manipulaci se znaky na absolutní kořenové nebo buněčné úrovni.

Zvažte rozdíl mezi rutinním stylováním vlasů určitým způsobem a skutečnou schopností kontrolovat barvu, délku a obecné uspořádání (např. rovné proti kudrnatým) bez použití jakýchkoli produktů péče o vlasy, místo toho se spoléhat na poskytnutí neviditelných komponent pokyny těla týkající se toho, jak dosáhnout a zajistit požadovaný kosmetický výsledek, a získáte představu o tom, co je to genetická modifikace o.

Protože všechny živé organismy obsahují DNA, lze genetické inženýrství provádět na jakýchkoli a všech organismech, od bakterií přes rostliny až po člověka.

Jak to čtete, oblast genetického inženýrství se rozrůstá o nové možnosti a postupy v oblastech zemědělství, medicíny, výroby a dalších oblastí.

Je důležité pochopit rozdíl mezi doslova se měnícími geny a chováním způsobem, který využívá výhod existujícího genu.

Mnoho genů nefunguje nezávisle na prostředí, ve kterém žije mateřský organismus. Stravovací návyky, různé druhy stresu (např. Chronická onemocnění, která mohou nebo nemusí mít vlastní genetický základ) a další věci organismy, které běžně čelí, mohou ovlivnit genovou expresi nebo úroveň, na kterou se geny používají k výrobě proteinových produktů, pro které jsou kód.

Pokud pocházíte z rodiny lidí, kteří mají geneticky sklon být vyšší a těžší než průměr, a toužíte po atletické kariéře ve sportu, který upřednostňuje sílu a velikost, jako je basketbal nebo hokej, můžete zvedat závaží a jíst velké množství jídla, abyste maximalizovali své šance být stejně velký a silný jako možný.

Ale to se liší od možnosti vložit do vaší DNA nové geny, které prakticky zaručují a předvídatelná úroveň růstu svalů a kostí a nakonec člověk se všemi typickými rysy a sportovní hvězda.

Existuje mnoho typů technik genetického inženýrství a ne všechny vyžadují manipulaci s genetickým materiálem pomocí sofistikovaného laboratorního vybavení.

Ve skutečnosti jakýkoli proces, který zahrnuje aktivní a systematickou manipulaci organismu genofondnebo součet genů v jakékoli populaci, která se množí množením (tj. sexuálně), se kvalifikuje jako genetické inženýrství. Některé z těchto procesů jsou samozřejmě skutečně na špici technologie.

Umělý výběr: Umělou selekcí, která se také nazývá jednoduchá selekce nebo šlechtění, se rozumí výběr mateřských organismů se známým genotypem plodit potomky v množstvích, která by se nevyskytovala, kdyby byla samotná příroda inženýrem, nebo by se vyskytovala minimálně jen za mnohem delší dobu váhy.

Když si farmáři nebo chovatelé psů vyberou, které rostliny nebo zvířata budou chovat, aby zajistili jisté potomky vlastnosti, které lidé považují z nějakého důvodu za žádoucí, praktikují každodenní formu genetiky modifikace.

Indukovaná mutageneze: Jedná se o použití rentgenových paprsků nebo chemikálií k vyvolání mutací (neplánovaných, často spontánních změn DNA) ve specifických genech nebo DNA sekvencích bakterií. Může vést k objevení genových variant, které fungují lépe (nebo je-li to nutné, horší) než „normální“ gen. Tento proces může pomoci vytvořit nové „linie“ organismů.

Mutace, i když jsou často škodlivé, jsou také základním zdrojem genetické variability v životě na Zemi. Výsledkem je jejich indukce ve velkém počtu, přičemž je jisté, že vytvoří také populace méně vhodných organismů zvyšuje pravděpodobnost prospěšné mutace, kterou lze pak využít pro lidské účely pomocí další techniky.

Virové nebo plazmidové vektory: Vědci mohou zavést gen do fága (virus, který infikuje bakterie nebo jejich prokaryotické příbuzné, Archaea) nebo plazmid vektor a poté umístěte modifikovaný plazmid nebo fág do jiných buněk, aby se do těchto buněk zavedl nový gen.

Mezi aplikace těchto procesů patří zvyšování odolnosti vůči chorobám, překonávání rezistence na antibiotika a zlepšení schopnosti organismu odolávat stresovým faktorům prostředí, jako jsou teplotní extrémy a toxiny. Alternativně může použití takových vektorů zesílit existující charakteristiku namísto vytvoření nové.

Pomocí technologie šlechtění rostlin lze rostlině „nařídit“, aby kvetla častěji, nebo lze vyvolat bakterie, které produkují bílkoviny nebo chemikálie, které by za normálních okolností ne.

Retrovirové vektory: Zde jsou části DNA obsahující určité geny vloženy do těchto zvláštních druhů virů, které pak transportují genetický materiál do buněk jiného organismu. Tento materiál je začleněn do hostitelského genomu, aby mohl být exprimován spolu se zbytkem DNA v tomto organismu.

Jednoduše řečeno, jedná se o odříznutí řetězce hostitelské DNA pomocí speciálních enzymů a vložení nového gen do mezery vytvořené odstřižením a připojením DNA na obou koncích genu k hostiteli DNA.

Technologie „Knock in, knock out“: Jak název napovídá, tento typ technologie umožňuje úplnou nebo částečnou deleci určitých úseků DNA nebo určitých genů („knock out“). Podobným způsobem si mohou lidští inženýři, kteří stojí za touto formou genetické modifikace, zvolit, kdy a jak zapnout („klepnout“) novou část DNA nebo nový gen.

Injekce genů do rodících se organismů: Injekce genů nebo vektorů, které obsahují geny do vajíček (oocytů), může začlenit nové geny do genom vyvíjejícího se embrya, které se proto exprimují v organismu, který nakonec Výsledek.

Genové klonování je příkladem použití plazmidových vektorů. Plazmidy, které jsou kruhovými kousky DNA, jsou extrahovány z bakteriální nebo kvasinkové buňky. Restrikční enzymy, což jsou proteiny, které „štěpí“ DNA na konkrétních místech podél molekuly, se používají k odříznutí DNA a vytvoření lineárního řetězce z kruhové molekuly. Poté je DNA požadovaného genu „vložena“ do plazmidu, který je zaveden do dalších buněk.

Nakonec tyto buňky začnou číst a kódovat gen, který byl uměle přidán do plazmidu.

Související obsah: Definice RNA, funkce, struktura

Genové klonování zahrnuje čtyři základní kroky. V následujícím příkladu je vaším cílem vytvořit kmen E. coli bakterie, které září ve tmě. (Obvykle samozřejmě tyto bakterie tuto vlastnost nemají; pokud ano, místa jako světová kanalizace a mnoho jejích přirozených vodních cest by získaly zřetelně odlišný charakter, jako E. coli jsou převládající v lidském gastrointestinálním traktu.)

1. Izolujte požadovanou DNA. Nejprve musíte najít nebo vytvořit gen, který kóduje protein s požadovanou vlastností - v tomto případě zářící ve tmě. Určité medúzy takové proteiny vytvářejí a byl identifikován zodpovědný gen. Tento gen se nazývá cílová DNA. Současně musíte určit, jaký plazmid budete používat; to je vektorové DNA.

2. Štěpte DNA pomocí restrikčních enzymů. Tyto výše uvedené proteiny, také nazývané restrikční endonukleázy, jsou v bakteriálním světě hojné. V tomto kroku použijete stejnou endonukleázu k řezání cílové DNA i vektorové DNA.

Některé z těchto enzymů se stříhají přímo přes obě vlákna molekuly DNA, zatímco v jiných případech vytvářejí „střídavý“ řez, přičemž nechávají odhalit malé délky jednovláknové DNA. Ty se nazývají lepivé konce.

3. Zkombinujte cílovou DNA a vektorovou DNA. Nyní jste spojili dva typy DNA spolu s enzymem zvaným DNA ligáza, který funguje jako komplikovaný druh lepidla. Tento enzym obrací práci endonukleáz spojením konců molekul dohromady. Výsledkem je a chiméranebo vlákno rekombinantní DNA.

• Lidský inzulín, kromě mnoha dalších životně důležitých chemikálií, lze vyrábět pomocí rekombinantní technologie.

4. Vložte rekombinantní DNA do hostitelské buňky. Nyní máte gen, který potřebujete, a prostředek k jeho přepravě tam, kam patří. Existuje několik způsobů, jak toho dosáhnout, mezi nimi proměna, ve kterém takzvané kompetentní buňky zametají novou DNA a elektroporace, ve kterém se puls elektřiny používá ke krátkému narušení buněčné membrány, aby molekula DNA mohla vstoupit do buňky.

Umělý výběr: Chovatelé psů si mohou vybrat různé rysy, zejména barvu srsti. Pokud daný chovatel labradorských retrívrů vidí nárůst poptávky po dané barvě plemene, může systematicky chovat pro danou barvu.

Genová terapie: U někoho s defektním genem lze kopii pracovního genu vložit do buněk této osoby, aby bylo možné požadovaný protein vytvořit pomocí cizí DNA.

GM plodiny: Genetické modifikace zemědělské metody lze použít k vytvoření geneticky modifikovaných (GM) plodin, jako jsou rostliny odolné vůči herbicidům, plodiny, které přinášejí více ovoce ve srovnání s konvenčním šlechtěním, GM rostliny odolné vůči chladu, plodiny se zlepšeným celkovým výnosem sklizně, potraviny s vyšší nutriční hodnotou atd. na.

Obecněji řečeno, v 21. století, geneticky modifikované organismy (GMO) vykvetly v horké tlačítko v Evropský a americký trh kvůli obavám o bezpečnost potravin a obchodní etice týkající se genetické modifikace plodin.

Geneticky modifikovaná zvířata: Jedním z příkladů GM potravin ve světě hospodářských zvířat je chov kuřat, která rostou rychleji a rychleji a produkují více prsního masa. Takovéto postupy rekombinantní DNA vyvolávají etické obavy kvůli bolesti a nepohodlí, které může zvířatům způsobovat.

Úpravy genů: Příkladem úpravy genů nebo úpravy genomu je CRISPRnebo seskupené pravidelně rozložené krátké palindromické opakování. Tento proces je „vypůjčen“ z metody používané bakteriemi k obraně proti virům. Zahrnuje vysoce cílenou genetickou modifikaci různých částí cílového genomu.

V CRISPR, vodit ribonukleovou kyselinu (gRNA), molekula se stejnou sekvencí jako cílové místo v genomu, je kombinována v hostitelské buňce s endonukleázou zvanou Cas9. GRNA se váže na cílové místo DNA a táhne Cas9 spolu s ním. Tato úprava genomu může mít za následek „vyřazení“ špatného genu (například varianty zapletené do vyvolání rakoviny) a v některých případech umožňuje nahrazení špatného genu žádoucí variantou.