Biotekniikka ja geenitekniikka: yleiskatsaus

Biotekniikka on biotieteiden ala, joka käyttää eläviä organismeja ja biologisia järjestelmiä muokattujen tai uusien organismien tai hyödyllisten tuotteiden luomiseen. Biotekniikan pääkomponentti on geenitekniikka.

Suosittu biotekniikan käsite on yksi kokeista, joita tapahtuu laboratorioissa ja huipputeknologiassa teollisuuden kehitys, mutta bioteknologia on paljon integroitunut useimpien ihmisten jokapäiväiseen elämään kuin se näyttää.

Saamasi rokotteet, ruokakaupasta ostamasi soijakastike, juusto ja leipä, päivittäiset muovit Ympäristö, ryppyjä kestävät puuvillavaatteet, siivoaminen uutisten jälkeen öljyvuodosta ja paljon muuta ovat kaikki esimerkkejä biotekniikka. He kaikki "käyttävät" eläviä mikrobeja tuotteen luomiseen.

Jopa Lyme-taudin verikoe, rintasyövän kemoterapiahoito tai insuliini-injektio voivat olla seurausta biotekniikasta.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Biotekniikka perustuu geenitekniikan alaan, joka muuttaa DNA: ta muuttamaan elävien organismien toimintaa tai muita ominaisuuksia.

Varhaisia ​​esimerkkejä tästä ovat kasvien ja eläinten valikoiva jalostus tuhansia vuosia sitten. Nykyään tutkijat muokkaavat tai siirtävät DNA: ta lajista toiseen. Biotekniikka hyödyntää näitä prosesseja useilla eri aloilla, mukaan lukien lääketiede, ruoka ja maatalous, valmistus ja biopolttoaineet.

Biotekniikka ei olisi mahdollista ilman geenitekniikka. Nykyaikaisella tavalla tämä prosessi manipuloi solujen geneettistä tietoa laboratoriotekniikoilla elävien organismien ominaisuuksien muuttamiseksi.

Tutkijat voivat käyttää geenitekniikkaa muuttamaan tapaa, jolla organismi näyttää, käyttäytyy, toimii tai on vuorovaikutuksessa tiettyjen materiaalien tai ärsykkeiden kanssa ympäristössä. Geenitekniikka on mahdollista kaikissa elävissä soluissa; tähän sisältyvät mikro-organismit, kuten bakteerit, ja monisoluisten organismien yksittäiset solut, kuten kasvit ja eläimet. Jopa ihmisen genomi voidaan muokata näitä tekniikoita käyttämällä.

Joskus tutkijat muuttavat solun geneettistä tietoa muuttamalla suoraan sen geenejä. Muissa tapauksissa yhdestä organismista peräisin olevat DNA-kappaleet istutetaan toisen organismin soluihin. Uusia hybridisoluja kutsutaan siirtogeeninen.

Geenitekniikka saattaa tuntua ultramodernilta teknologiselta edistykseltä, mutta sitä on käytetty vuosikymmenien ajan useilla aloilla. Itse asiassa modernin geenitekniikan juuret ovat muinaisissa ihmisen käytännöissä, jotka Charles Darwin määritteli ensin keinotekoinen valinta.

Keinotekoinen valinta, jota kutsutaan myös valikoiva jalostus, on menetelmä kasvien, eläinten tai muiden organismien paritusparien tarkoitukselliseksi valitsemiseksi haluttujen ominaisuuksien perusteella. Syynä tähän on luoda jälkeläisiä näillä piirteillä ja toistaa prosessi tulevien sukupolvien kanssa väestön piirteiden vähitellen vahvistamiseksi.

Vaikka keinotekoinen valinta ei vaadi mikroskopiaa tai muita edistyneitä laboratoriotarvikkeita, se on tehokas geenitekniikan muoto. Vaikka se alkoi muinaisena tekniikkana, ihmiset käyttävät sitä edelleen.

Yleisiä esimerkkejä ovat:

• Kasvatuskarja.
• Kukkalajikkeiden luominen.
• Jalostuseläimet, kuten jyrsijät tai kädelliset, joilla on erityisiä toivottuja ominaisuuksia, kuten alttius sairauksille tutkimustutkimuksia varten.

Ensimmäinen tunnettu esimerkki ihmisistä, jotka osallistuvat organismin keinotekoiseen valintaan, on Canis lupus familiaris, tai kuten se on yleisemmin tiedossa, koira. Noin 32 000 vuotta sitten ihmiset asuivat Itä-Aasian alueella, joka on nyt Kiina, metsästäjien ja keräilijöiden ryhmissä. Villit sudet seurasivat ihmisryhmiä ja sieppasivat ruhoja, jotka metsästäjät jättivät jälkeensä.

Tutkijoiden mielestä on todennäköisintä, että ihmiset antoivat elää vain sellaiset sudet, jotka eivät olleet uhka. Tällä tavalla koirien haarautuminen susista alkoi itsevalinnalla piirteen omaavina yksilöinä joka antoi heidän sietää ihmisten läsnäoloa, tuli kotimaisiksi kumppaneiksi metsästäjä-keräilijät.

Lopulta ihmiset alkoivat tarkoituksellisesti kotiuttaa ja kasvattaa sitten koirasukupolvia haluttujen ominaisuuksien, erityisesti oppimisen, vuoksi. Koirista tuli uskollisia ja suojaavia kumppaneita ihmisille. Tuhansien vuosien aikana ihmiset kasvattivat valikoivasti niitä erityispiirteiden, kuten turkin pituuden ja värin, silmien koon ja kuonon pituuden, ruumiin koon, sijoittelun ja muun suhteen.

32 000 vuotta sitten Itä-Aasian villit sudet, jotka jakautuivat 32 000 vuotta sitten koiriksi, käsittävät lähes 350 erilaista koirarodua. Nuo varhaiset koirat ovat geneettisesti läheisimmin yhteydessä nykyaikaisiin koiriin, joita kutsutaan kiinalaisiksi alkuperäiskoiriksi.

Keinotekoinen valinta ilmeni muilla tavoin myös muinaisissa ihmiskulttuureissa. Kun ihmiset siirtyivät kohti maatalousyhteiskuntia, he käyttivät keinotekoista valintaa kasvavan määrän kasvi- ja eläinlajien kanssa.

He kesyttivät eläimiä kasvattamalla niitä sukupolvelta toiselle, vain parittelemalla jälkeläisiä, joilla oli halutut piirteet. Nämä piirteet riippuivat eläimen tarkoituksesta. Esimerkiksi nykyaikaisia ​​kotieläiminä pidettyjä hevosia käytetään yleisesti monissa kulttuureissa kuljetus- ja pakkauseläiminä. pedon taakka.

Siksi piirteet, joita hevoskasvattajat ovat saattaneet etsiä, ovat opettavuus ja vahvuus sekä kestävyys kylmässä tai kuumuudessa ja kyky lisääntyä vankeudessa.

Muinaiset yhteiskunnat hyödynsivät geenitekniikkaa muilla tavoilla kuin keinotekoisella valinnalla. 6000 vuotta sitten egyptiläiset käyttivät hiivaa leivän hapatukseen ja käynyt hiiva viinin ja oluen valmistamiseen.

Moderni geenitekniikka tapahtuu laboratoriossa selektiivisen jalostuksen sijasta, koska geenit ovat kopioida ja siirtää DNA-kappaleesta toiseen tai organismin solusta toiseen organismiin DNA. Tämä perustuu DNA-renkaaseen, jota kutsutaan a plasmidi.

Plasmidit ovat läsnä bakteeri- ja hiivasoluissa ja ovat erillään kromosomeista. Vaikka molemmat sisältävät DNA: ta, plasmidit eivät tyypillisesti ole välttämättömiä solun selviytymiselle. Vaikka bakteerikromosomit sisältävät tuhansia geenejä, plasmidit sisältävät vain niin monta geeniä kuin voit laskea yhdellä kädellä. Tämä tekee niistä paljon yksinkertaisempia manipuloida ja analysoida.

Löytö 1960-luvulta restriktioendonukleaasit, tunnetaan myös restriktioentsyymit, johti läpimurtoon geenien muokkauksessa. Nämä entsyymit leikkaavat DNA: ta tietyissä kohdissa ketjussa emäsparit.

Pohjaparit ovat sidoksissa nukleotidit jotka muodostavat DNA-juosteen. Bakteerilajista riippuen restriktioentsyymi on erikoistunut tunnistamaan ja leikkaamaan eri emäsparien sekvenssit.

Asiaan liittyvä sisältö: Molekyylibiologian määritelmä

Tutkijat havaitsivat pystyvänsä käyttämään restriktioentsyymejä leikkaamaan plasmidirenkaiden palaset. Sitten he pystyivät tuomaan DNA: n eri lähteestä.

Toinen entsyymi nimeltä DNA-ligaasi kiinnittää vieraan DNA: n alkuperäiseen plasmidiin puuttuvan DNA-sekvenssin jättämään tyhjään aukkoon. Tämän prosessin lopputulos on plasmidi, jolla on vieras geenisegmentti, jota kutsutaan a vektori.

Jos DNA-lähde oli eri laji, uutta plasmidia kutsutaan yhdistelmä-DNAtai a kimeera. Kun plasmidi on palautettu bakteerisoluun, uudet geenit ilmentyvät ikään kuin bakteerilla olisi aina ollut kyseinen geneettinen koostumus. Kun bakteeri replikoituu ja lisääntyy, myös geeni kopioidaan.

Jos tavoitteena on tuoda uusi DNA sellaisen organismin soluun, joka ei ole bakteeri, tarvitaan erilaisia ​​tekniikoita. Yksi näistä on a geenipistooli, joka räjähtää hyvin pieniä raskasmetallielementtejä, jotka on päällystetty rekombinantti-DNA: lla kasvien tai eläinten kudoksessa.

Kaksi muuta tekniikkaa edellyttävät tartuntatautiprosessien voiman hyödyntämistä. Bakteerikanta nimeltä Agrobacterium tumefaciens tartuttaa kasveja aiheuttaen kasvainten kasvun kasvissa. Tutkijat poistavat taudin aiheuttavat geenit kasvaimista vastaavasta plasmidista, nimeltään Titai kasvainta indusoiva plasmidi. Ne korvaavat nämä geenit millä tahansa geenillä, jonka he haluavat siirtää kasviin, jotta kasvi “tarttuu” halutulla DNA: lla.

Asiaan liittyvä sisältö: Solubiologia: Katsaus prokaryoottisiin ja eukaryoottisiin soluihin

Virukset tunkeutuvat usein muihin soluihin bakteereista ihmissoluihin ja lisäävät oman DNA: nsa. A virusvektori tutkijat käyttävät sitä DNA: n siirtämiseen kasvi- tai eläinsoluun. Sairautta aiheuttavat geenit poistetaan ja korvataan haluttuilla geeneillä, jotka voivat sisältää markkerigeenejä merkiksi siirron tapahtumisesta.

Ensimmäinen nykyaikaisen geneettisen muunnoksen tapaus oli vuonna 1973, jolloin Herbert Boyer ja Stanley Cohen siirtivät geenin yhdestä bakteerikannasta toiseen. Geeni koodasi antibioottiresistenssiä.

Seuraavana vuonna tutkijat loivat ensimmäisen esimerkin geneettisesti muunnetusta eläimestä, kun Rudolf Jaenisch ja Beatrice Mintz sijoittivat vieraan DNA: n onnistuneesti hiiren alkioihin.

Tutkijat alkoivat soveltaa geenitekniikkaa laajalle organismikentälle kasvavan määrän uusia tekniikoita varten. Esimerkiksi he kehittivät kasveja, joilla oli rikkakasvien torjunta-aineita, jotta maanviljelijät voisivat ruiskuttaa rikkaruohoja vahingoittamatta niiden satoja.

He muokkaivat myös ruokia, erityisesti vihanneksia ja hedelmiä, jotta ne kasvaisivat paljon suuremmiksi ja kestävät pidempään kuin muokkaamattomat serkkunsa.

Geenitekniikka on biotekniikan perusta, koska biotekniikkateollisuus on yleisesti ottaen laaja ala, johon liittyy muiden elävien lajien hyödyntäminen ihmisten tarpeisiin.

Isäsi tuhansia vuosia sitten, jotka kasvattivat valikoivasti koiria tai tiettyjä viljelykasveja, käyttivät biotekniikkaa. Samoin ovat nykyajan maanviljelijät ja koirankasvattajat, samoin kuin mikä tahansa leipomo tai viinitila.

Asiaan liittyvä sisältö: Kuinka ottaa yhteyttä edustajaasi ilmastonmuutoksesta

Teollista biotekniikkaa käytetään polttoaineiden lähteinä; tästä syntyy termi "biopolttoaineet". Mikro-organismit kuluttavat rasvoja ja muuttavat niistä etanolia, joka on kuluva polttoaineen lähde.

Entsyymejä käytetään kemikaalien tuottamiseen vähemmän jätteillä ja kustannuksilla kuin perinteiset menetelmät, tai valmistusprosessien puhdistamiseen hajottamalla kemiallisia sivutuotteita.

Biotekniikka on muuttanut terveydenhuollon kasvoja kantasoluhoidoista parantuneisiin verikokeisiin useisiin lääkkeisiin. Lääketieteelliset biotekniikkayritykset käyttävät mikrobeja uusien lääkkeiden, kuten monoklonaaliset vasta-aineet (näitä lääkkeitä käytetään erilaisten sairauksien, myös syövän, hoitoon), antibiooteihin, rokotteisiin ja hormoneihin.

Merkittävä lääketieteellinen edistysaskel oli kehittää prosessi synteettisen insuliinin luomiseksi geenitekniikan ja mikrobien avulla. Ihmisinsuliinin DNA insertoidaan bakteereihin, jotka replikoituvat, kasvavat ja tuottavat insuliinia, kunnes insuliini voidaan kerätä ja puhdistaa.

Vuonna 1991 Ingo Potrykus kehitti maatalouden bioteknologian tutkimuksella eräänlaisen riisin, joka on väkevöity beetakaroteenilla, jota keho muuttuu A-vitamiiniksi ja on ihanteellinen kasvatettavaksi Aasian maissa, joissa lapsuuden sokeus A-vitamiinin puutoksesta on erityinen ongelma.

Tiedeyhteisön ja yleisön välinen väärinkäsitys on johtanut suuriin kiistoihin muuntogeenisistä organismeista tai muuntogeenisistä organismeista. Oli niin pelkoa ja huutoa a geneettisesti muunnettu elintarvike, kuten kultainen riisi, kuten sitä kutsutaan, että huolimatta siitä, että kasvit olivat valmiita jaettavaksi Aasian maanviljelijöille vuonna 1999, tämä jakelu ei ole vielä tapahtui.