Bioteknologi og genteknik: En oversigt

Bioteknologi er et felt inden for livsvidenskab, der bruger levende organismer og biologiske systemer til at skabe modificerede eller nye organismer eller nyttige produkter. En vigtig komponent i bioteknologi er genteknologi.

Det populære koncept for bioteknologi er et af eksperimenter, der sker i laboratorier og banebrydende industrielle fremskridt, men bioteknologi er meget mere integreret i de fleste menneskers hverdag end den ser ud til.

De vacciner, du får, sojasovs, ost og brød, du køber i købmanden, plasten i dit daglige miljø, dit rynkebestandige bomuldstøj, oprydning efter nyheder om oliespild og mere er alle eksempler på bioteknologi. De "anvender" alle levende mikrober til at skabe et produkt.

Selv en Lyme sygdom blodprøve, en kemoterapi til brystkræft kemoterapi eller en insulininjektion kan være resultatet af bioteknologi.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Bioteknologi er afhængig af området genteknologi, som ændrer DNA for at ændre levende organismeres funktion eller andre træk.

Tidlige eksempler på dette er selektiv avl af planter og dyr for tusinder af år siden. I dag redigerer eller overfører forskere DNA fra en art til en anden. Bioteknologi udnytter disse processer til en lang række industrier, herunder medicin, mad og landbrug, fremstilling og biobrændstoffer.

Bioteknologi ville ikke være mulig uden genteknologi. I moderne termer manipulerer denne proces cellernes genetiske information ved hjælp af laboratorieteknikker for at ændre egenskaberne hos levende organismer.

Forskere kan bruge genteknologi for at ændre den måde, en organisme ser ud, opfører sig, fungerer eller interagerer med specifikke materialer eller stimuli i sit miljø. Genteknik er mulig i alle levende celler; dette inkluderer mikroorganismer, såsom bakterier og individuelle celler fra flercellede organismer, såsom planter og dyr. Selv den menneskeligt genom kan redigeres ved hjælp af disse teknikker.

Nogle gange ændrer forskere genetisk information i en celle ved direkte at ændre dens gener. I andre tilfælde implanteres DNA-stykker fra en organisme i cellerne i en anden organisme. De nye hybridceller kaldes transgene.

Genteknologi kan virke som et ultramoderne teknologisk fremskridt, men det har været i brug i årtier inden for mange områder. Faktisk har moderne genteknologi sine rødder i gammel menneskelig praksis, der først blev defineret af Charles Darwin som kunstig udvælgelse.

Kunstig udvælgelse, som også kaldes selektiv avl, er en metode til bevidst at vælge parringspar til planter, dyr eller andre organismer baseret på ønskede egenskaber. Grunden til at gøre dette er at skabe afkom med disse træk og gentage processen med fremtidige generationer for gradvist at styrke trækene i befolkningen.

Selvom kunstig selektion ikke kræver mikroskopi eller andet avanceret laboratorieudstyr, er det en effektiv form for genteknologi. Selvom det begyndte som en gammel teknik, bruger mennesker det stadig i dag.

Almindelige eksempler inkluderer:

• Opdræt af husdyr.
• Oprettelse af blomstervarianter.
• Avlsdyr, såsom gnavere eller primater, med specifikke ønskede træk som modtagelighed for sygdomme til forskningsundersøgelser.

Det første kendte eksempel på mennesker, der beskæftiger sig med den kunstige udvælgelse af en organisme, er stigningen i Canis lupus familiaris, eller som det er mere almindeligt kendt, hunden. For omkring 32.000 år siden boede mennesker i et område i Østasien, der nu er Kina, i jæger-samlergrupper. Vilde ulve fulgte de menneskelige grupper og rensede på kroppe, som jægere efterlod.

Forskere mener, at det er mest sandsynligt, at mennesker kun tillod de føjelige ulve, der ikke var en trussel, at leve. På denne måde begyndte forgrening af hunde fra ulve ved selvudvælgelse som personer med træk der tillod dem at tolerere tilstedeværelsen af ​​mennesker blev de tamme ledsagere til jæger-samlere.

Til sidst begyndte mennesker med vilje at tæmme og derefter opdrætte generationer af hunde for de ønskede egenskaber, især føjelighed. Hunde blev loyale og beskyttende ledsagere for mennesker. I tusinder af år opdrættede mennesker selektivt dem til specifikke træk såsom pelslængde og farve, øjenstørrelse og snude længde, kropsstørrelse, disposition og mere.

De vilde ulve i Østasien for 32.000 år siden, der blev opdelt for 32.000 år siden i hunde, omfatter næsten 350 forskellige hunderacer. Disse tidlige hunde er mest genetisk beslægtede med de moderne hunde kaldet kinesiske indfødte hunde.

Kunstig markering manifesteres også på andre måder i gamle menneskelige kulturer. Da mennesker bevægede sig mod landbrugssamfund, brugte de kunstig udvælgelse med et stigende antal plante- og dyrearter.

De husdyrede dyr ved at opdrætte dem generation efter generation og parrede kun de afkom, der udviste de ønskede egenskaber. Disse træk var afhængige af dyrets formål. For eksempel er moderne tamme heste almindeligt anvendt i mange kulturer som transport og som pakkedyr, en del af en gruppe af dyr, der almindeligvis kaldes byrdyr.

Derfor er træk, som hesteavlere har kigget efter, føjelighed og styrke samt robusthed i kulde eller varme og en evne til at opdrætte i fangenskab.

Gamle samfund anvendte også genteknologi på andre måder end kunstig selektion. For 6000 år siden brugte egyptere gær til at surde brød og gærde gær til at fremstille vin og øl.

Moderne genteknologi sker i et laboratorium i stedet for ved selektiv avl, da gener er det kopieret og flyttet fra et stykke DNA til et andet eller fra en organisms celle til en anden organisme DNA. Dette er afhængig af en ring af DNA kaldet a plasmid.

Plasmider er til stede i bakterie- og gærceller og er adskilt fra kromosomer. Selvom begge indeholder DNA, er plasmider typisk ikke nødvendige for at cellen skal overleve. Mens bakteriekromosomer indeholder tusinder af gener, indeholder plasmider kun så mange gener, som du ville regne med på den ene hånd. Dette gør dem meget nemmere at manipulere og analysere.

Opdagelsen i 1960'erne af restriktionsendonukleaser, også kendt som restriktionsenzymer, førte til et gennembrud inden for genredigering. Disse enzymer skærer DNA på bestemte steder i kæden af basepar.

Basepar er bundet nukleotider der danner DNA-strengen. Afhængig af arten af ​​bakterier vil restriktionsenzymet være specialiseret til at genkende og skære forskellige sekvenser af basepar.

Relateret indhold: Definitionen af ​​molekylærbiologi

Forskere opdagede, at de var i stand til at bruge restriktionsenzymerne til at skære stykker af plasmidringene ud. De var derefter i stand til at introducere DNA fra en anden kilde.

Et andet enzym kaldet DNA ligase fastgør det fremmede DNA til det originale plasmid i det tomme hul efterladt af den manglende DNA-sekvens. Slutresultatet af denne proces er et plasmid med et fremmed gensegment, der kaldes a vektor.

Hvis DNA-kilden var en anden art, kaldes det nye plasmid rekombinant DNA, eller a kimære. Når plasmidet genindføres i bakteriecellen, udtrykkes de nye gener, som om bakterien altid havde haft den genetiske sammensætning. Efterhånden som bakterien replikerer og formerer sig, kopieres genet også.

Hvis målet er at introducere det nye DNA i cellen i en organisme, der ikke er bakterie, kræves forskellige teknikker. En af disse er en genpistol, som sprænger meget små partikler af tungmetalelementer overtrukket med det rekombinante DNA ved plante- eller dyrevæv.

To andre teknikker kræver udnyttelse af styrken ved infektionssygdomme. En bakteriestamme kaldet Agrobacterium tumefaciens inficerer planter og får tumorer til at vokse i planten. Forskere fjerner de sygdomsfremkaldende gener fra plasmidet, der er ansvarlig for tumorer, kaldet Tieller tumorinducerende plasmid. De erstatter disse gener med de gener, de vil overføre til planten, så planten bliver "inficeret" med det ønskelige DNA.

Relateret indhold: Cellebiologi: En oversigt over prokaryote og eukaryote celler

Virus invaderer ofte andre celler, fra bakterier til humane celler, og indsætter deres eget DNA. EN viral vektor bruges af forskere til at overføre DNA til en plante- eller dyrecelle. De sygdomsfremkaldende gener fjernes og erstattes med de ønskede gener, som kan omfatte markørgener for at signalere, at overførslen fandt sted.

Den første forekomst af moderne genetisk modifikation var i 1973, da Herbert Boyer og Stanley Cohen overførte et gen fra en bakteriestamme til en anden. Genet kodet for antibiotikaresistens.

Det følgende år skabte forskere den første forekomst af et genetisk modificeret dyr, da Rudolf Jaenisch og Beatrice Mintz med succes indsatte fremmed DNA i musembryoner.

Forskere begyndte at anvende genteknologi til et bredt felt af organismer til et voksende antal nye teknologier. For eksempel udviklede de planter med herbicidresistens, så landmændene kunne sprøjte efter ukrudt uden at beskadige deres afgrøder.

De modificerede også fødevarer, især grøntsager og frugter, så de ville vokse meget større og vare længere end deres umodificerede fætre.

Genteknik er grundlaget for bioteknologi, da bioteknologiindustrien generelt er et stort felt, der involverer at bruge andre levende arter til menneskers behov.

Dine forfædre fra tusinder af år siden, som selektivt opdrættede hunde eller visse afgrøder, brugte bioteknologi. Det samme gælder moderne landmænd og opdrættere, og det samme gælder ethvert bageri eller vingård.

Relateret indhold: Sådan kontakter du din repræsentant om klimaændringer

Industriel bioteknologi bruges til brændstofkilder; det er her udtrykket "biobrændstoffer" stammer fra. Mikroorganismer forbruger fedt og omdanner dem til ethanol, som er en forbrugskilde.

Enzymer bruges til at producere kemikalier med mindre affald og omkostninger end traditionelle metoder eller til at rydde op i fremstillingsprocesser ved at nedbryde kemiske biprodukter.

Fra stamcellebehandlinger til forbedrede blodprøver til en række forskellige lægemidler, sundhedspleje er blevet ændret af bioteknologi. Medicinske bioteknologiske virksomheder bruger mikrober til at skabe nye lægemidler, såsom monoklonale antistoffer (disse lægemidler bruges til at behandle en række tilstande, herunder kræft), antibiotika, vacciner og hormoner.

Et betydeligt medicinsk fremskridt var udviklingen af ​​en proces til at skabe syntetisk insulin ved hjælp af genteknologi og mikrober. DNA til humant insulin indsættes i bakterier, som replikerer og vokser og producerer insulin, indtil insulinet kan opsamles og oprenses.

I 1991 brugte Ingo Potrykus landbrugsbioteknologisk forskning til at udvikle en slags ris, der er beriget med betakaroten, som kroppen konverterer til vitamin A og er ideel til dyrkning i asiatiske lande, hvor barndomsblindhed fra vitamin A-mangel er en særlig problem.

Fejlkommunikationen mellem videnskabssamfundet og offentligheden har ført til stor kontrovers over genetisk modificerede organismer eller GMO'er. Der var sådan frygt og råb over en genetisk modificeret fødevareprodukt som Golden Rice, som det kaldes, at på trods af at planterne er klar til distribution til asiatiske landmænd i 1999, er distributionen endnu ikke fandt sted.