Biotehnologija i genetski inženjering: pregled

Biotehnologija je područje znanosti o životu koje koristi žive organizme i biološke sustave za stvaranje modificiranih ili novih organizama ili korisnih proizvoda. Glavna komponenta biotehnologije je genetski inženjering.

Popularni koncept biotehnologije jedan je od eksperimenata koji se događaju u laboratorijima i vrhunski industrijski napredak, ali biotehnologija je puno integrirana u svakodnevni život većine ljudi od nje čini se.

Cjepiva koja dobijete, umak od soje, sir i kruh koje kupujete u trgovini, plastika za vaš svakodnevni rad okoliš, vaša pamučna odjeća otporna na bore, čišćenje nakon vijesti o izlijevanju nafte i još mnogo toga su primjeri biotehnologija. Svi oni "zapošljavaju" žive mikrobe kako bi stvorili proizvod.

Čak i krvni test za Lymeovu bolest, kemoterapija raka dojke ili injekcija inzulina mogu biti rezultat biotehnologije.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Biotehnologija se oslanja na područje genetskog inženjeringa, koje modificira DNA kako bi promijenilo funkciju ili druge osobine živih organizama.

Rani primjeri za to su selektivni uzgoj biljaka i životinja prije tisuće godina. Danas znanstvenici uređuju ili prenose DNK s jedne vrste na drugu. Biotehnologija koristi ove procese za širok spektar industrija, uključujući medicinu, hranu i poljoprivredu, proizvodnju i biogoriva.

Biotehnologija ne bi bila moguća bez genetski inženjering. U modernim terminima, ovaj postupak manipulira genetskim informacijama stanica pomoću laboratorijskih tehnika kako bi promijenio osobine živih organizama.

Znanstvenici se mogu koristiti genetskim inženjeringom kako bi promijenili način na koji organizam izgleda, ponaša se, funkcionira ili komunicira sa određenim materijalima ili podražajima u svojoj okolini. Genetski inženjering moguć je u svim živim stanicama; to uključuje mikroorganizme kao što su bakterije i pojedinačne stanice višećelijskih organizama, poput biljaka i životinja. Čak i ljudski genom mogu se uređivati ​​pomoću ovih tehnika.

Znanstvenici ponekad mijenjaju genetske informacije u stanici izravnom izmjenom njezinih gena. U drugim slučajevima, dijelovi DNA iz jednog organizma ugrađuju se u stanice drugog organizma. Pozvane su nove hibridne stanice transgeni.

Genetski inženjering može se činiti kao ultramoderni tehnološki napredak, ali koristi se već desetljećima na brojnim poljima. Zapravo, moderni genetski inženjering vuče korijene iz drevnih ljudskih praksi koje je Charles Darwin prvi definirao kao umjetna selekcija.

Umjetna selekcija, koja se također naziva selektivni uzgoj, metoda je namjernog odabira parova za biljke, životinje ili druge organizme na temelju željenih svojstava. Razlog za to je stvaranje potomstva s tim osobinama i ponavljanje postupka s budućim generacijama kako bi se postupno ojačale osobine u populaciji.

Iako za umjetnu selekciju nije potrebna mikroskopija ili druga napredna laboratorijska oprema, to je učinkovit oblik genetskog inženjeringa. Iako je započela kao drevna tehnika, ljudi je koriste i danas.

Uobičajeni primjeri uključuju:

• Uzgajanje stoke.
• Stvaranje sorti cvijeća.
• Uzgajajuće životinje, poput glodavaca ili primata, sa specifičnim željenim svojstvima poput osjetljivosti na bolesti za istraživačke studije.

Prvi poznati primjer sudjelovanja ljudi u umjetnoj selekciji organizma je porast Canis lupus familiaris, ili kako je poznatiji pas. Prije otprilike 32 000 godina, ljudi na području istočne Azije, koja je danas Kina, živjeli su u skupinama lovaca. Divlji vukovi slijedili su ljudske skupine i lovili trupove koje su lovci ostavljali za sobom.

Znanstvenici misle da je najvjerojatnije da su ljudi dopustili da žive samo poslušni vukovi koji nisu prijetili. Na taj je način grananje pasa od vukova počelo samoselekcijom, kao jedinki sa osobinom koji im je omogućio da toleriraju prisustvo ljudi postali su pripitomljeni pratitelji lovci-sakupljači.

Na kraju, ljudi su se počeli namjerno pripitomljavati, a zatim uzgajati generacije pasa zbog željenih osobina, posebno pokornosti. Psi su postali odani i zaštitnički pratitelji ljudi. Kroz tisuće godina ljudi su ih selektivno uzgajali za određene osobine poput dužine i boje dlake, veličine očiju i duljine njuške, veličine tijela, raspoloženja i još mnogo toga.

Divlji vukovi istočne Azije od prije 32 000 godina koji su se prije 32 000 godina podijelili na pse sastoje se od gotovo 350 različitih pasmina pasa. Ti rani psi genetski su najuže povezani sa modernim psima koji se nazivaju kineskim izvornim psima.

Umjetna selekcija, koja se na drevne ljudske kulture očitovala i na druge načine. Kako su se ljudi kretali prema poljoprivrednim društvima, koristili su umjetnu selekciju sa sve većim brojem biljnih i životinjskih vrsta.

Pripitomili su životinje uzgajajući ih generaciju za generacijom, samo pareći potomstvo koje je pokazalo željene osobine. Te su osobine ovisile o namjeni životinje. Na primjer, moderni pripitomljeni konji obično se koriste u mnogim kulturama kao prijevoz i kao tovarne životinje, dio skupine životinja koja se obično naziva teretne zvijeri.

Stoga su osobine koje su uzgajivači konja mogli potražiti pokornost i snaga, kao i robusnost na hladnoći ili vrućini, te sposobnost uzgoja u zatočeništvu.

Drevna društva koristila su genetski inženjering i na druge načine, osim umjetne selekcije. Prije 6000 godina Egipćani su koristili kvasac za dizanje kruha, a fermentirani kvasac za proizvodnju vina i piva.

Suvremeni genetski inženjering događa se u laboratoriju, umjesto selektivnim uzgojem, jer to jesu geni kopirali i premještali iz jednog dijela DNK u drugi ili iz stanice jednog organizma u organizam DNA. Ovo se oslanja na prsten DNA nazvan a plazmid.

Plazmidi prisutni su u bakterijskim i kvasnim stanicama, a odvojeni su od kromosoma. Iako oba sadrže DNA, plazmidi obično nisu potrebni da bi stanica preživjela. Iako bakterijski kromosomi sadrže tisuće gena, plazmidi sadrže samo onoliko gena koliko biste računali s jedne strane. To ih čini mnogo jednostavnijima za manipulaciju i analizu.

Otkriće 1960 restrikcijske endonukleaze, također poznat kao restrikcijski enzimi, doveli su do proboja u uređivanju gena. Ti enzimi režu DNA na određenim mjestima u lancu parovi baza.

Osnovni parovi su povezani nukleotidi koji tvore DNA lanac. Ovisno o vrsti bakterija, restrikcijski enzim bit će specijaliziran za prepoznavanje i rezanje različitih sekvenci baznih parova.

Povezani sadržaj: Definicija molekularne biologije

Znanstvenici su otkrili da su mogli koristiti restrikcijske enzime za izrezivanje dijelova plazmidnih prstenova. Tada su mogli uvesti DNK iz drugog izvora.

Još jedan enzim tzv DNA ligaza veže stranu DNK na izvorni plazmid u praznom procjepu ostavljenom DNA sekvencom koja nedostaje. Krajnji rezultat ovog postupka je plazmid sa stranim genskim segmentom, koji se naziva a vektor.

Ako je izvor DNA druga vrsta, zove se novi plazmid rekombinantna DNA, ili a himera. Jednom kada se plazmid ponovno uvede u bakterijsku stanicu, novi geni se izražavaju kao da je bakterija uvijek posjedovala taj genetski sastav. Kako se bakterija umnožava i umnožava, gen će se također kopirati.

Ako je cilj uvođenje nove DNA u stanicu organizma koji nije bakterija, potrebne su različite tehnike. Jedan od tih je genska puška, koji minira vrlo sitne čestice elemenata teških metala presvučenih rekombinantnom DNA na biljnom ili životinjskom tkivu.

Dvije druge tehnike zahtijevaju iskorištavanje moći procesa zaraznih bolesti. Bakterijski soj tzv Agrobacterium tumefaciens zarazi biljke, uzrokujući rast tumora u biljci. Znanstvenici uklanjaju gene koji uzrokuju bolesti iz plazmida odgovornog za tumore, nazvanog Tiili plazmid koji izaziva tumor. Zamjenjuju te gene bilo kojim genima koji žele prenijeti u biljku, tako da se biljka "zarazi" poželjnom DNA.

Povezani sadržaj: Biologija stanica: Pregled prokariotskih i eukariotskih stanica

Virusi često napadaju druge stanice, od bakterija do ljudskih stanica, i ubacuju vlastitu DNK. A virusni vektor koriste ga znanstvenici za prijenos DNK u biljnu ili životinjsku stanicu. Geni koji uzrokuju bolest uklanjaju se i zamjenjuju sa željenim genima, koji mogu uključivati ​​gene markere koji signaliziraju da je došlo do prijenosa.

Prvi slučaj suvremene genetske modifikacije bio je 1973. godine, kada su Herbert Boyer i Stanley Cohen prenijeli gen iz jednog soja bakterija u drugi. Gen kodiran za rezistenciju na antibiotike.

Sljedeće godine znanstvenici su stvorili prvi slučaj genetski modificirane životinje, kada su Rudolf Jaenisch i Beatrice Mintz uspješno ubacili stranu DNA u mišje embrije.

Znanstvenici su počeli primjenjivati ​​genetski inženjering na širokom polju organizama, za rastući broj novih tehnologija. Na primjer, razvili su biljke otporne na herbicide kako bi poljoprivrednici mogli prskati korov bez oštećenja usjeva.

Također su modificirali hranu, posebno povrće i voće, kako bi rasli puno veći i trajali dulje od svojih nemodificiranih rođaka.

Genetski inženjering temelj je biotehnologije, budući da je biotehnološka industrija u općenitom smislu veliko područje koje uključuje korištenje drugih živih vrsta za potrebe ljudi.

Vaši preci od prije tisuće godina koji su selektivno uzgajali pse ili određene usjeve koristili su biotehnologiju. Takvi su i suvremeni poljoprivrednici i uzgajivači pasa, pa tako i bilo koja pekara ili vinarija.

Povezani sadržaj: Kako kontaktirati svog predstavnika o klimatskim promjenama

Industrijska biotehnologija koristi se za izvore goriva; tu potječe izraz „biogoriva“. Mikroorganizmi troše masti i pretvaraju ih u etanol, koji je potrošni izvor goriva.

Enzimi se koriste za proizvodnju kemikalija s manje otpada i troškova od tradicionalnih metoda ili za čišćenje proizvodnih procesa razgradnjom kemijskih nusproizvoda.

Od liječenja matičnim stanicama do poboljšanih krvnih testova do raznih farmaceutskih proizvoda, lice zdravstvene zaštite promijenilo je biotehnologija. Tvrtke medicinske biotehnologije koriste mikrobe za stvaranje novih lijekova, kao što su monoklonska antitijela (ti se lijekovi koriste za liječenje različitih stanja, uključujući rak), antibiotici, cjepiva i hormoni.

Značajan medicinski napredak bio je razvoj postupka stvaranja sintetskog inzulina uz pomoć genetskog inženjeringa i mikroba. DNA za humani inzulin ubacuje se u bakterije koje se repliciraju i rastu i proizvode inzulin sve dok se inzulin ne može prikupiti i pročistiti.

Ingo Potrykus se 1991. godine koristio poljoprivrednim biotehnološkim istraživanjima da bi razvio vrstu riže koja je obogaćena beta karotenom, a koje tijelo pretvara se u vitamin A i idealan je za uzgoj u azijskim zemljama, gdje je posebno sljepilo u djece zbog nedostatka vitamina A problem.

Pogrešna komunikacija između znanstvene zajednice i javnosti dovela je do velikih kontroverzi oko genetski modificiranih organizama ili GMO-a. Bilo je takvog straha i negodovanja zbog genetski modificirani prehrambeni proizvod poput Zlatne riže, kako se još naziva, da unatoč tome što su biljke bile spremne za distribuciju azijskim poljoprivrednicima 1999. godine, ta distribucija još uvijek nije dogodila.