A geeni, biokemiallisen perusnäkökulmasta katsottuna, on segmentti deoksiribonukleiinihappo (DNA) organismin jokaisessa solussa, jolla on geneettinen koodi tietyn proteiinituotteen kokoamiseksi. Toiminnallisemmalla ja dynaamisemmalla tasolla geenit määräävät, mitkä organismit - eläimet, kasvit, sienet ja jopa bakteerit - ovat ja mihin ne on tarkoitettu kehittymään.
Vaikka ympäristötekijät (esim. Ravitsemus) ja jopa muut geenit vaikuttavat geenien käyttäytymiseen, sinun koostumuksesi geneettinen materiaali sanelee ylivoimaisesti melkein kaiken ympärilläsi olevan, näkyvän ja näkymättömän, kehosi koosta vastaukseen mikrobien hyökkääjiin, allergeeneihin ja muihin ulkoisiin tekijöihin.
Kyky muuttaa, muokata tai suunnitella geenejä tietyillä tavoilla tuo siten käyttöön mahdollisuuden luoda hienosti räätälöityjä organismeja - myös ihmisiä - käyttämällä annettuja DNA-yhdistelmiä, joiden tiedetään sisältävän tiettyjä geenit.
Organismin muuttamisprosessi genotyyppi (löyhästi ottaen sen yksittäisten geenien summa) ja siten sen geneettisen "suunnitelman" tunnetaan nimellä
geneettinen muokkaus. Kutsutaan myös geenitekniikka, tällainen biokemiallinen liikkuminen on siirtynyt tieteiskirjallisuudesta todellisuuteen viime vuosikymmeninä.Tähän liittyvä kehitys on vaivannut sekä jännitystä ihmisten terveyden ja elämänlaadun parantamisen mahdollisuudesta että lukuisia vaikeita ja väistämättömiä eettisiä kysymyksiä eri rintamilla.
Geneettinen muunnos: Määritelmä
Geneettinen muokkaus on mikä tahansa prosessi, jolla geenejä manipuloidaan, muutetaan, poistetaan tai säädetään organismin tiettyjen ominaisuuksien vahvistamiseksi, muuttamiseksi tai säätämiseksi. Se on ominaisuuksien manipulointi absoluuttisella juuren tai solun tasolla.
Harkitse ero hiusten rutiininomaisen muotoilun välillä ja sen välillä, kuinka voit todella hallita hiusten väriä, pituutta ja yleinen järjestely (esim. suora tai kihara) ilman hiustenhoitotuotteita, vaan luottaa sen sijaan, että annat näkymättömiä komponentteja kehon ohjeet siitä, miten saavuttaa ja varmistaa haluttu kosmeettinen tulos, ja saat käsityksen siitä, mikä geneettinen muunnos on kaikki noin.
Koska kaikki elävät organismit sisältävät DNA: ta, geenitekniikka voidaan suorittaa kaikille organismeille, bakteereista kasveihin ja ihmisiin.
Kun luet tätä, geenitekniikan ala on täynnä uusia mahdollisuuksia ja käytäntöjä maatalouden, lääketieteen, valmistuksen ja muiden alojen alueilla.
Mitä geneettinen muunnos ei ole
On tärkeää ymmärtää ero kirjaimellisesti muuttuvien geenien ja käyttäytymisen välillä tavalla, joka hyödyntää olemassa olevaa geeniä.
Monet geenit eivät toimi riippumatta ympäristöstä, jossa vanhempi organismi elää. Ruokailutottumukset, erilaiset stressit (esim. Krooniset sairaudet, joilla voi olla tai ei ole omaa geneettistä perustaa) ja muut asiat organismit, jotka kohtaavat rutiininomaisesti, voivat vaikuttaa geenien ilmentymiseen tai tasoon, johon geenejä käytetään niiden proteiinituotteiden valmistamiseen, joille ne ovat koodi.
Jos tulet sellaisten ihmisten perheestä, jotka ovat geneettisesti taipuvaisia olemaan keskimääräistä pitempiä ja painavampia, ja haet urheilullinen ura urheilussa, joka suosii voimaa ja kokoa, kuten koripalloa tai jääkiekkoa, voit nostaa painoja ja syödä voimakas määrä ruokaa maksimoidaksesi mahdollisuutesi olla yhtä suuri ja vahva kuin mahdollista.
Mutta tämä eroaa mahdollisuudesta lisätä DNA: han uusia geenejä, jotka käytännössä takaavat a ennustettava lihasten ja luiden kasvutaso ja viime kädessä ihminen, jolla on kaikki a: n tyypilliset piirteet urheilutähti.
Geneettisen muunnoksen tyypit
Geenitekniikan tekniikoita on monenlaisia, eivätkä kaikki vaadi geenimateriaalin manipulointia hienostuneilla laboratoriolaitteilla.
Itse asiassa mikä tahansa prosessi, johon liittyy aktiivinen ja järjestelmällinen organismin manipulointi geeniallastai geenien summa missä tahansa populaatiossa, joka lisääntyy lisääntymällä (so. seksuaalisesti), voidaan luokitella geenitekniikaksi. Osa näistä prosesseista on tietysti tekniikan kärjessä.
Keinotekoinen valinta: Kutsutaan myös yksinkertaiseksi valinnaksi tai valikoivaksi kasvatukseksi, keinotekoinen valinta on vanhempien eliöiden valinta, joiden genotyyppi tunnetaan tuottaa jälkeläisiä määrinä, joita ei syntyisi, jos yksin luonto olisi insinööri, tai ainakin tapahtuisi vain paljon kauemmin vaa'at.
Kun maanviljelijät tai koirankasvattajat valitsevat kasvatettavat kasvit tai eläimet varmistaakseen jälkeläiset varmasti ominaisuudet, joita ihmiset pitävät jostain syystä toivottavina, he harjoittavat jokapäiväistä geneettistä muotoa muutos.
Indusoitu mutageneesi: Tämä on röntgensäteiden tai kemikaalien käyttö mutaatioiden (DNA: n suunnittelemattomien, usein spontaanien muutosten) indusoimiseksi spesifisissä geeneissä tai bakteerien DNA-sekvensseissä. Se voi johtaa sellaisten geenimuunnelmien löytämiseen, jotka toimivat paremmin (tai tarvittaessa huonommin) kuin “normaali” geeni. Tämä prosessi voi auttaa luomaan uusia organismeja ".
Mutaatiot ovat usein haitallisia, mutta ne ovat myös geneettisen vaihtelun peruslähde maapallon elämässä. Tämän seurauksena indusoimalla niitä suuressa määrin, samalla kun se luo myös vähemmän sopivia organismeja lisää hyödyllisen mutaation todennäköisyyttä, joka voidaan sitten hyödyntää ihmisen tarkoituksiin käyttämällä muita tekniikat.
Virus- tai plasmidivektorit: Tutkijat voivat viedä geenin faagiin (virus, joka tartuttaa bakteerit tai niiden prokaryoottiset sukulaiset, Archaea) tai plasmidi vektori ja aseta sitten modifioitu plasmidi tai faagi muihin soluihin uuden geenin tuomiseksi näihin soluihin.
Näiden prosessien sovelluksiin kuuluu lisääntyvä vastustuskyky tauteille, antibioottiresistenssin voittaminen ja parantamalla organismin kykyä vastustaa ympäristörasitekijöitä, kuten äärilämpötilat ja toksiinit. Vaihtoehtoisesti tällaisten vektorien käyttö voi vahvistaa olemassa olevaa ominaisuutta uuden luomisen sijaan.
Kasvinjalostustekniikkaa käyttäen kasvi voidaan "tilata" kukkimaan useammin tai bakteerit voidaan indusoida tuottamaan proteiinia tai kemikaalia, jota ne normaalisti eivät.
Retrovirusvektorit: Täällä tiettyjä geenejä sisältäviä DNA-osia laitetaan tällaisiin erityyppisiin viruksiin, jotka sitten kuljettavat geneettisen materiaalin toisen organismin soluihin. Tämä materiaali sisällytetään isänt genomiin, jotta ne voidaan ilmentää yhdessä muun organismin DNA: n kanssa.
Yksinkertaisesti sanottuna tähän kuuluu isäntänäyte-DNA-katkaisu käyttämällä erityisiä entsyymejä, lisäämällä uusi geeni aukkoon, joka syntyy katkaisemalla ja kiinnittämällä geenin molemmissa päissä oleva DNA isäntään DNA.
Knock in, knock out -tekniikka: Kuten nimestään käy ilmi, tämän tyyppinen tekniikka sallii tiettyjen DNA-osien tai tiettyjen geenien täydellisen tai osittaisen poistamisen ("tyrmätä"). Tämän geneettisen muunnoksen muodon takana olevat ihmiskehon insinöörit voivat samanlaisin linjoin valita, milloin ja miten uusi DNA-osa tai uusi geeni otetaan käyttöön ("koputtaa").
Geenien injektointi syntyviin organismeihin: Geenien tai vektorien, jotka sisältävät geenejä, injektointi muniin (munasoluihin) voi sisällyttää uudet geenit kehittyvän alkion genomi, joka sen vuoksi ilmentyy organismissa, joka lopulta tuloksia.
Geenikloonaus
Geenikloonaus on esimerkki plasmidivektorien käytöstä. Plasmidit, jotka ovat pyöreitä DNA-paloja, uutetaan bakteeri- tai hiivasolusta. Rajoitusentsyymit, jotka ovat proteiineja, jotka “leikkaavat” DNA: ta tietyissä paikoissa pitkin molekyyliä, käytetään DNA: n leikkaamiseen luomalla lineaarinen juoste pyöreästä molekyylistä. Sitten halutun geenin DNA "liitetään" plasmidiin, joka viedään muihin soluihin.
Lopuksi nämä solut alkavat lukea ja koodata plasmidiin keinotekoisesti lisättyä geeniä.
Asiaan liittyvä sisältö: RNA: n määritelmä, toiminto, rakenne
Geenikloonaus sisältää neljä perusvaihetta. Seuraavassa esimerkissä tavoitteena on tuottaa kantaa E. coli bakteerit, jotka hohtavat pimeässä. (Tavallisesti tietysti näillä bakteereilla ei ole tätä ominaisuutta; jos he tekisivät, paikat, kuten maailman viemärijärjestelmät ja monet sen luonnollisista vesiväylistä, saisivat selvästi erilaisen luonteen, kuten E. coli ovat yleisiä ihmisen maha-suolikanavassa.)
1. Eristä haluttu DNA. Ensinnäkin sinun on löydettävä tai luotava geeni, joka koodaa proteiinia, jolla on vaadittu ominaisuus - tässä tapauksessa hehkuva pimeässä. Tietyt meduusat tuottavat tällaisia proteiineja, ja vastaava geeni on tunnistettu. Tätä geeniä kutsutaan kohde-DNA. Samanaikaisesti sinun on määritettävä, mitä plasmidia käytät; Tämä on vektori-DNA.
2. Katkaise DNA käyttämällä restriktioentsyymejä. Nämä edellä mainitut proteiinit, joita kutsutaan myös restriktioendonukleaasit, on runsaasti bakteerimaailmassa. Tässä vaiheessa käytät samaa endonukleaasia leikkaamaan sekä kohde-DNA: n että vektori-DNA: n.
Jotkut näistä entsyymeistä leikkaavat suoraan DNA-molekyylin molempien säikeiden yli, kun taas muissa tapauksissa ne tekevät "porrastetun" leikkauksen, jolloin pienet pituudet yksijuosteisesta DNA: sta paljastuvat. Jälkimmäisiä kutsutaan tahmeat päät.
3. Yhdistä kohde-DNA ja vektori-DNA. Nyt laitat nämä kaksi DNA-tyyppiä yhdessä kutsutun entsyymin kanssa DNA-ligaasi, joka toimii monimutkaisena liimana. Tämä entsyymi kääntää endonukleaasien työn yhdistämällä molekyylien päät yhteen. Tuloksena on a kimeeratai säie yhdistelmä-DNA.
- Ihmisen insuliini, monien muiden tärkeiden kemikaalien ohella, voidaan valmistaa rekombinanttitekniikalla.
4. Lisää rekombinantti-DNA isäntäsoluun. Sinulla on tarvitsemasi geeni ja keino siirtää se sinne, missä se kuuluu. Niiden tekemiseen on useita tapoja muutos, jossa niin kutsutut pätevät solut pyyhkivät uuden DNA: n, ja elektroporaatio, jossa sähköpulssia käytetään hetkellisesti rikkomaan solukalvo, jotta DNA-molekyyli pääsee soluun.
Geneettisen muokkauksen esimerkit
Keinotekoinen valinta: Koirankasvattajat voivat valita erilaisia ominaisuuksia, erityisesti turkin väriä. Jos tietty Labradorin noutajien kasvattaja näkee rodun tietyn värin kysynnän kasvun, hän voi systemaattisesti kasvattaa kyseistä väriä.
Geeniterapia: Henkilöllä, jolla on viallinen geeni, kopio työgeenistä voidaan viedä kyseisen henkilön soluihin, jotta tarvittava proteiini voidaan valmistaa vieraalla DNA: lla.
Muuntogeeniset kasvit: Geneettisesti muunnettuja viljelymenetelmiä voidaan käyttää geneettisesti muunnettujen (GM) kasvien, kuten rikkakasvien torjunta-aineita vastustavien kasvien, viljelykasvien tuottamiseen verrattuna tavanomaiseen jalostukseen, kylmänkestävät muuntogeeniset kasvit, sadonkorjuun parantanut sato, korkeamman ravintoarvon omaavat elintarvikkeet ja niin edelleen päällä.
2000-luvulla geneettisesti muunnetut organismit (GMO) ovat kukoistaneet pikanäppäimeksi Euroopan ja Amerikan markkinat sekä elintarviketurvallisuuden että geenimuunnokseen liittyvien liiketoimintaetiikan vuoksi viljelykasvien.
Geneettisesti muunnetut eläimet: Yksi esimerkki muuntogeenisistä elintarvikkeista karjamaailmassa on kanojen kasvatus, jotka kasvavat suuremmiksi ja nopeammin tuottamaan enemmän rintalihaa. Tämän kaltaiset yhdistelmä-DNA-tekniikan käytännöt herättävät eettisiä huolenaiheita kivun ja epämukavuuden vuoksi, jota se voi aiheuttaa eläimille.
Geenien muokkaus: Esimerkki geenien muokkaamisesta tai genomin muokkaamisesta on CRISPRtai ryhmitelty säännöllisesti välitilassa lyhyet palindromiset toistot. Tämä prosessi on "lainattu" menetelmästä, jota bakteerit käyttävät puolustautuakseen viruksilta. Siihen sisältyy kohdegeenin eri osien kohdennettu geneettinen muuntaminen.
CRISPR: ssä ohjaava ribonukleiinihappo (gRNA), molekyyli, jolla on sama sekvenssi kuin genomin kohdekohta, yhdistetään isäntäsolussa Cas9-nimisen endonukleaasin kanssa. GRNA sitoutuu kohde-DNA-kohtaan vetämällä Cas9: tä sen mukana. Tämä genomin muokkaus voi johtaa huonon geenin (kuten variantin, joka liittyy syövän aiheuttamiseen) "tyrmäämiseen" ja joissakin tapauksissa sallia huonon geenin korvaamisen halutulla muunnoksella.