Genetska modifikacija: Definicija, vrste, postupak, primjeri

A gen, s osnovnog biokemijskog stajališta, segment je deoksiribonukleinska kiselina (DNA) unutar svake stanice organizma koja nosi genetski kod za sastavljanje određenog proteinskog proizvoda. Na funkcionalnijoj i dinamičnijoj razini, geni određuju što su organizmi - životinje, biljke, gljive, pa čak i bakterije i u što su predodređeni.

Iako na ponašanje gena utječu čimbenici okoliša (npr. Prehrana), pa čak i drugi geni, vaš sastav genetski materijal većinom diktira gotovo sve o vama, vidljivo i nevidljivo, od veličine vašeg tijela do vašeg odgovora na mikrobne napadače, alergene i druge vanjske agense.

Sposobnost promjene, modificiranja ili inženjerstva gena na specifične načine uvela bi stoga mogućnost da se to može stvoriti izvrsno prilagođene organizme - uključujući ljude - koristeći dane kombinacije DNA za koje se zna da sadrže određene geni.

Proces promjene organizma genotip (labavo govoreći, zbroj njegovih pojedinačnih gena) i stoga je njegov genetski "nacrt" poznat kao genetska modifikacija

Povezana zbivanja pogodila su i uzbuđenje zbog mogućnosti poboljšanja ljudskog zdravlja i kvalitete života i mnoštvo trnovitih i nezaobilaznih etičkih problema na raznim frontovima.

Genetska modifikacija je bilo koji postupak kojim se genima manipulira, mijenja, briše ili prilagođava kako bi se pojačalo, promijenilo ili prilagodilo određeno svojstvo organizma. To je manipulacija osobinama na apsolutnoj korijenskoj - ili staničnoj - razini.

Razmislite o razlici između rutinskog oblikovanja kose na određeni način i stvarne moći kontroliranja boje, duljine i kose općenitog rasporeda (npr. ravno u odnosu na kovrčavo) bez korištenja proizvoda za njegu kose, umjesto da se oslanjate na davanje nevidljivih komponenata vašeg tjelesne upute o tome kako postići i osigurati željeni kozmetički rezultat i stječete osjećaj o tome što je sve genetska modifikacija oko.

Budući da svi živi organizmi sadrže DNK, genetski inženjering može se izvoditi na svim i svim organizmima, od bakterija preko biljaka do ljudi.

Dok ovo čitate, područje genetskog inženjerstva raste s novim mogućnostima i praksama u poljoprivredi, medicini, proizvodnji i drugim područjima.

Važno je razumjeti razliku između doslovno mijenjanja gena i ponašanja na način koji iskorištava postojeći gen.

Mnogi geni ne djeluju neovisno o okolini u kojoj živi roditeljski organizam. Prehrambene navike, stresovi različitih vrsta (npr. Kronične bolesti, koje mogu ili ne moraju imati genetsku osnovu) i druge stvari organizmi koji se rutinski suočavaju mogu utjecati na ekspresiju gena ili na razinu do koje se geni koriste za stvaranje proteinskih proizvoda za koje su kodirati.

Ako potječete iz obitelji ljudi koji su genetski skloni višim i težim od prosjeka, a težite atletskoj karijeri u sportu koji favorizira snage i veličine kao što su košarka ili hokej, možete dizati utege i jesti veliku količinu hrane kako biste povećali šanse da budete toliko veliki i snažni kao moguće.

Ali to se razlikuje od mogućnosti umetanja novih gena u svoju DNK koji gotovo garantiraju predvidljiva razina rasta mišića i kostiju i, u konačnici, čovjek sa svim tipičnim osobinama a sportska zvijezda.

Postoje mnoge vrste tehnika genetskog inženjeringa i ne zahtijevaju sve manipulacije genetskim materijalom pomoću sofisticirane laboratorijske opreme.

Zapravo, svaki proces koji uključuje aktivnu i sustavnu manipulaciju organizmom genetski bazen, ili zbroj gena u bilo kojoj populaciji koja se razmnožava uzgojem (tj. spolnim putem), kvalificira se kao genetski inženjering. Neki od tih procesa, naravno, doista su na vrhu tehnologije.

Umjetna selekcija: Također se naziva jednostavnom selekcijom ili selektivnim uzgojem, umjetna selekcija je odabir roditeljskih organizama s poznatim genotipom rodi potomstvo u količinama koje se ne bi dogodile da je samo priroda inženjer, ili bi se u najmanju ruku dogodile samo tijekom mnogo dužeg vremena vaga.

Kada poljoprivrednici ili uzgajivači pasa odaberu koje će biljke ili životinje uzgajati kako bi osigurali potomstvo s određenim Karakteristike koje ljudi iz nekog razloga smatraju poželjnima, oni prakticiraju svakodnevni genetski oblik preinaka.

Inducirana mutageneza: Ovo je uporaba x-zraka ili kemikalija za induciranje mutacija (neplanirane, često spontane promjene DNK) u određenim genima ili DNA sekvencama bakterija. To može rezultirati otkrivanjem varijanti gena koje imaju bolji učinak (ili ako je potrebno i lošiji) od „normalnog“ gena. Ovaj postupak može pomoći u stvaranju novih "linija" organizama.

Mutacije, iako često štetne, također su temeljni izvor genetske varijabilnosti u životu na Zemlji. Kao rezultat toga, njihovo induciranje u velikom broju, mada će sigurno stvoriti i populacije manje podobnih organizama povećava vjerojatnost korisne mutacije, koja se zatim može iskoristiti u ljudske svrhe pomoću dodatnih Tehnike.

Virusni ili plazmidni vektori: Znanstvenici mogu uvesti gen u fag (virus koji inficira bakterije ili njihove prokariotske rođake, Arheje) ili plazmid, a zatim modificirani plazmid ili fag smjestite u druge stanice kako bi se novi gen unio u te stanice.

Primjene ovih procesa uključuju povećanje otpornosti na bolesti, prevladavanje rezistencije na antibiotike i poboljšanje sposobnosti organizma da se odupre stresorima iz okoline poput ekstremnih temperatura i toksini. Alternativno, upotreba takvih vektora može pojačati postojeću karakteristiku umjesto stvaranja nove.

Koristeći tehnologiju uzgoja biljaka, biljci se može "narediti" da češće cvjeta ili se potakne bakterija da proizvedu protein ili kemikaliju koju inače ne bi.

Retrovirusni vektori: Ovdje se dijelovi DNA koji sadrže određene gene stave u ove posebne vrste virusa, koji zatim transportiraju genetski materijal u stanice drugog organizma. Ovaj je materijal ugrađen u genom domaćina kako bi se mogli eksprimirati zajedno s ostatkom DNA u tom organizmu.

Jednostavno rečeno, to uključuje odrezivanje lanca DNA domaćina pomoću posebnih enzima, ubacivanjem novog gena u prazninu stvorenu izrezivanjem i pričvršćivanjem DNA na oba kraja gena na domaćina DNA.

Tehnologija "Kucaj, nokautiraj": Kao što joj samo ime govori, ova vrsta tehnologije omogućuje potpuno ili djelomično brisanje određenih dijelova DNA ili određenih gena ("nokaut"). U sličnoj liniji, ljudski inženjeri koji stoje iza ovog oblika genetske modifikacije mogu birati kada i kako uključiti ("kucati") novi odjeljak DNK ili novi gen.

Injekcija gena u organizme u nastajanju: Ubrizgavanje gena ili vektora koji sadrže gene u jajašca (oocite) mogu ugraditi nove gene u genom embriona u razvoju, koji se stoga izražavaju u organizmu koji na kraju rezultatima.

Kloniranje gena je primjer upotrebe plazmidnih vektora. Plazmidi, koji su kružni dijelovi DNA, ekstrahiraju se iz bakterijske stanice ili stanice kvasca. Restrikcijski enzimi, koji su proteini koji "režu" DNK na određenim mjestima uzduž molekule, koriste se za odrezivanje DNK, stvarajući linearni lanac od kružne molekule. Zatim se DNA za željeni gen "zalijepi" u plazmid koji se uvodi u druge stanice.

Konačno, te stanice počinju čitati i kodirati gen koji je umjetno dodan u plazmid.

Povezani sadržaj: Definicija RNA, funkcija, struktura

Kloniranje gena uključuje četiri osnovna koraka. U sljedećem primjeru vaš je cilj stvoriti soj od E. coli bakterija koja svijetli u mraku. (Obično, naravno, ove bakterije ne posjeduju ovo svojstvo; da jesu, mjesta poput svjetskih kanalizacijskih sustava i mnogih njegovih prirodnih plovnih putova poprimit će sasvim drugačiji karakter, kao E. coli rasprostranjeni su u ljudskom gastrointestinalnom traktu.)

1. Izolirajte željenu DNA. Prvo trebate pronaći ili stvoriti gen koji kodira protein s potrebnim svojstvom - u ovom slučaju svijetli u mraku. Određene meduze stvaraju takve proteine ​​i identificiran je odgovorni gen. Taj se gen naziva ciljana DNK. Istodobno morate odrediti koji ćete plazmid koristiti; ovo je vektorska DNA.

2. Odcijepite DNA pomoću restrikcijskih enzima. Ovi gore spomenuti proteini, također tzv restrikcijske endonukleaze, obiluju bakterijskim svijetom. U ovom koraku koristite istu endonukleazu za rezanje ciljne i vektorske DNA.

Neki od ovih enzima režu se ravno preko oba lanca molekule DNA, dok u drugim slučajevima čine "stupnjeviti" rez, ostavljajući male duljine jednolančane DNA izložene. Potonji se nazivaju ljepljivi krajevi.

3. Kombinirajte ciljanu DNA i vektorsku DNA. Sada spajate dvije vrste DNA zajedno s enzimom tzv DNA ligaza, koji funkcionira kao složena vrsta ljepila. Ovaj enzim preokreće rad endonukleaza spajajući krajeve molekula. Rezultat je a himeraili pramen rekombinantna DNA.

• Ljudski inzulin, među mnogim drugim vitalnim kemikalijama, može se dobiti rekombinantnom tehnologijom.

4. Unesite rekombinantnu DNA u stanicu domaćina. Sad imate gen koji vam treba i način da ga prebacite tamo gdje mu je mjesto. Postoji nekoliko načina za to, među njima preobrazba, u kojem takozvane kompetentne stanice pomeću novu DNK, i elektroporacija, u kojem se puls električne energije koristi za kratko ometanje stanične membrane kako bi molekula DNA mogla ući u stanicu.

Umjetna selekcija: Uzgajivači pasa mogu odabrati različite osobine, posebno boju dlake. Ako određeni uzgajivač labradorskih retrivera uoči porast potražnje za određenom bojom pasmine, on ili ona može sustavno uzgajati odgovarajuću boju.

Genska terapija: Kod nekoga s oštećenim genom, kopija radnog gena može se unijeti u stanice te osobe kako bi se potrebni protein mogao stvoriti pomoću strane DNA.

GM usjevi: Genetske modifikacijske poljoprivredne metode mogu se koristiti za stvaranje genetski modificiranih (GM) usjeva kao što su biljke otporne na herbicide, usjevi koji daju više voća u usporedbi s konvencionalnim uzgojem, GM biljke otporne na hladnoću, usjevi s poboljšanim ukupnim prinosom, hrana s većom hranjivom vrijednošću i tako dalje na.

Šire gledano, u 21. stoljeću genetski modificirani organizmi (GMO) procvjetali su u vrućem gumbu u Europsko i američko tržište, kako zbog sigurnosti hrane, tako i zbog poslovne etike zbog genetske modifikacije usjeva.

Genetski modificirane životinje: Jedan od primjera GM hrane u stočarskom svijetu je uzgoj pilića koji rastu veći i brže za proizvodnju više mesa dojki. Tehnologije rekombinantne DNA poput ove izazivaju etičku zabrinutost zbog boli i nelagode koju životinjama može nanijeti.

Uređivanje gena: Primjer uređivanja gena ili uređivanja genoma je CRISPR, ili skupljeni redovito isprepleteni kratki palindromski ponavljanja. Ovaj je postupak "posuđen" iz metode koju koriste bakterije za obranu od virusa. Uključuje visoko ciljanu genetsku modifikaciju različitih dijelova ciljnog genoma.

U CRISPR-u, vodič ribonukleinska kiselina (gRNA), molekula s istim slijedom kao ciljno mjesto u genomu, kombinira se u stanici domaćina s endonukleazom zvanom Cas9. GRNA će se vezati za ciljno mjesto DNA, povlačeći Cas9 zajedno sa sobom. Ovo uređivanje genoma može rezultirati "nokautiranjem" lošeg gena (kao što je varijanta koja utječe na izazivanje raka), a u nekim slučajevima dopušta zamjenu lošeg gena poželjnom varijantom.