Biotechnológia és géntechnika: áttekintés

Biotechnológia az élettudomány olyan területe, amely élő organizmusokat és biológiai rendszereket használ módosított vagy új organizmusok vagy hasznos termékek létrehozására. A biotechnológia egyik fő eleme a génmanipuláció.

A biotechnológia közkedvelt fogalma a laboratóriumokban és az élvonalban végzett kísérletek egyike ipari fejlődés, de a biotechnológia sokkal jobban integrálódik a legtöbb ember mindennapjaiba, mint ez úgy tűnik.

A kapott oltások, az élelmiszerboltban vásárolt szójaszósz, sajt és kenyér, a napi műanyagok környezet, a ránctalan pamutruházat, az olajszennyeződés utáni tisztítás és még sok más példa erre biotechnológia. Mindannyian élő mikrobákat "alkalmaznak" egy termék létrehozásához.

Még a Lyme-kór vérvizsgálata, az emlőrák kemoterápiás kezelése vagy az inzulininjekció is a biotechnológia eredménye lehet.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

A biotechnológia a géntechnológia területére támaszkodik, amely módosítja a DNS-t, hogy megváltoztassa az élő szervezetek működését vagy egyéb tulajdonságait.

Ennek korai példái a növények és állatok szelektív tenyésztése évezredekkel ezelőtt. Ma a tudósok szerkesztik vagy átviszik a DNS-t egyik fajból a másikba. A biotechnológia ezeket a folyamatokat számos iparágban alkalmazza, ideértve az orvostudományt, az élelmiszert és a mezőgazdaságot, a gyártást és a bioüzemanyagokat.

A biotechnológia nem lenne lehetséges anélkül génmanipuláció. A modern fogalmak szerint ez a folyamat laboratóriumi technikák segítségével manipulálja a sejtek genetikai információit az élő szervezetek tulajdonságainak megváltoztatása érdekében.

A tudósok géntechnológiát alkalmazhatnak annak érdekében, hogy megváltoztassák az organizmus megjelenését, viselkedését, működését vagy kölcsönhatását a környezetében található bizonyos anyagokkal vagy ingerekkel. A géntechnológia minden élő sejtben lehetséges; ide tartoznak a mikroorganizmusok, például a baktériumok és a többsejtű szervezetek, például a növények és az állatok egyes sejtjei. Még a emberi genom ezen technikák segítségével szerkeszthető.

Néha a tudósok megváltoztatják a sejtek genetikai információit a gének közvetlen megváltoztatásával. Más esetekben az egyik szervezetből származó DNS-darabokat egy másik szervezet sejtjeibe ültetik be. Az új hibrid sejteket ún transzgén.

A géntechnológia ultramodern technológiai előrelépésnek tűnhet, de évtizedek óta használják, számos területen. Valójában a modern géntechnológia az ősi emberi gyakorlatokban gyökerezik, amelyeket Charles Darwin először úgy definiált mesterséges szelekció.

Mesterséges szelekció, amelyet más néven szelektív tenyésztés, egy módszer a növények, állatok vagy egyéb szervezetek párzási párjainak szándékos megválasztására a kívánt tulajdonságok alapján. Ennek oka az, hogy ilyen tulajdonságokkal rendelkező utódokat hozzon létre, és megismételje a folyamatot a jövő nemzedékeivel, hogy fokozatosan megerősítse a lakosság tulajdonságait.

Bár a mesterséges szelekció nem igényel mikroszkópiát vagy más fejlett laboratóriumi felszerelést, a géntechnológia hatékony formája. Bár ősi technikának indult, az emberek ma is használják.

Gyakori példák:

• Tenyészállat.
• Virágfajták létrehozása.
• Tenyészállatok, például rágcsálók vagy főemlősök, olyan specifikus kívánt tulajdonságokkal, mint a betegségre való hajlam a kutatási vizsgálatok során.

Az első ismert példa arra, hogy az ember egy szervezet mesterséges szelekciójával foglalkozik, az a növekedése Canis lupus familiaris, vagy ahogy közismertebben a kutya. Körülbelül 32 000 évvel ezelőtt az emberek Kelet-Ázsia egy olyan területén, amely ma Kína, vadászó-gyűjtögető csoportokban éltek. A vad farkasok követték az emberi csoportokat, és a vadászok által otthagyott tetemeken kutakodtak.

A tudósok szerint a legvalószínűbb, hogy az emberek csak az engedelmes farkasoknak engedték élni, amelyek nem jelentenek veszélyt. Ily módon a kutyák elágazása a farkasoktól az önválogatással kezdődött, mint a tulajdonsággal rendelkező egyedek amely lehetővé tette számukra, hogy tolerálják az emberek jelenlétét, háziasított társaivá váltak a vadász-gyűjtögetők.

Végül az emberek szándékosan elkezdték háziasítani, majd tenyészteni a kutyák generációit a kívánt tulajdonságok, különösen az engedékenység érdekében. A kutyák hű és védő társaivá váltak az embereknek. Több ezer év alatt az emberek szelektíven nevelték őket olyan sajátos tulajdonságok miatt, mint a szőrzet hossza és színe, a szem mérete és az orr hossza, a test mérete, a hajlam és még sok más.

A 32 000 évvel ezelőtti kelet-ázsiai vadfarkasok, amelyek 32 000 évvel ezelőtt kutyákra szakadtak, csaknem 350 különböző kutyafajtát tartalmaznak. Azok a korai kutyák genetikailag a legszorosabban kapcsolódnak a kínai kutyáknak nevezett modern kutyákhoz.

A mesterséges szelekció más módon nyilvánul meg az ősi emberi kultúrákban is. Amint az emberek a mezőgazdasági társadalmak felé mozogtak, a mesterséges szelekciót növekvő számú növény- és állatfaj mellett alkalmazták.

Háziasították az állatokat úgy, hogy nemzedékről nemzedékre tenyésztették őket, csak a kívánt tulajdonságokkal rendelkező utódokat pározták meg. Ezek a tulajdonságok az állat céljától függtek. Például a modern háziasított lovakat általában sok kultúrában használják szállításra és teherhordó állatokként, amelyek egy csoportja az állatoknak teherállatok.

Ezért a lótenyésztők által keresett tulajdonságok az engedékenység és az erő, valamint az erősség hidegben vagy melegben, valamint a fogságban történő tenyésztés képessége.

Az ókori társadalmak a géntechnikát a mesterséges szelekciótól eltérő módon is alkalmazták. 6000 évvel ezelőtt az egyiptomiak élesztőt használtak kenyér kovászához, az erjesztett élesztőt pedig bor és sör készítéséhez.

A modern géntechnológia laboratóriumban történik, szelektív tenyésztés helyett, mivel a gének igen lemásolták és áthelyezték a DNS egyik darabjáról a másikra, vagy az egyik szervezet sejtjéről a másik organizmusra DNS. Ez egy a DNS nevű gyűrűre támaszkodik plazmid.

Plazmák baktérium- és élesztősejtekben vannak, és külön vannak a kromoszómáktól. Bár mindkettő tartalmaz DNS-t, a plazmidokra általában nincs szükség a sejt túléléséhez. Míg a baktériumok kromoszómái több ezer gént tartalmaznak, a plazmidok csak annyi gént tartalmaznak, amennyit egy kezedben számíthatsz. Ez sokkal egyszerűbbé teszi őket a manipulálásra és elemzésre.

Az 1960-as évek felfedezése restrikciós endonukleázok, más néven restrikciós enzimek, áttöréshez vezetett a génszerkesztésben. Ezek az enzimek a DNS-t a lánc meghatározott helyein vágják le alappárok.

Az alappárok egymáshoz vannak kötve nukleotidok amelyek a DNS-szálat alkotják. A baktériumok fajtájától függően a restrikciós enzim specializálódott a bázispárok különböző szekvenciáinak felismerésére és levágására.

Kapcsolodo tartalom: A molekuláris biológia meghatározása

A tudósok felfedezték, hogy képesek voltak használni a restrikciós enzimeket a plazmidgyűrűk darabjainak kivágására. Ezután más forrásból származó DNS-t tudtak bevezetni.

Egy másik enzim, az úgynevezett DNS-ligáz az idegen DNS-t az eredeti plazmidhoz csatolja a hiányzó DNS-szekvencia által hagyott üres résben. Ennek a folyamatnak a végeredménye egy idegen génszakasszal rendelkező plazmid, amelyet a vektor.

Ha a DNS-forrás más faj volt, akkor az új plazmidot nevezzük rekombináns DNS, vagy a kiméra. Amint a plazmid újra bejut a baktériumsejtbe, az új gének úgy fejeződnek ki, mintha a baktérium mindig rendelkezett volna ezzel a genetikai felépítéssel. Amint a baktérium szaporodik és szaporodik, a gén is lemásolásra kerül.

Ha a cél az új DNS bejuttatása egy olyan szervezet sejtjébe, amely nem baktérium, akkor különböző technikákra van szükség. Ezek egyike a génpuska, amely a rekombináns DNS-sel bevont nehézfém elemek nagyon apró részecskéit robbantja ki a növényi vagy állati szövetben.

Két másik technika megköveteli a fertőző betegség folyamatainak kihasználását. Az úgynevezett baktériumtörzs Agrobacterium tumefaciens megfertőzi a növényeket, ami tumorok növekedését okozza a növényben. A tudósok eltávolítják a betegségeket okozó géneket a daganatokért felelős plazmidból, az úgynevezett Tivagy tumort kiváltó plazmid. Ezeket a géneket bármilyen génnel helyettesítik, amelyeket át akarnak vinni a növénybe, így a növény „megfertőződik” a kívánt DNS-sel.

Kapcsolodo tartalom: Sejtbiológia: A prokarióta és eukarióta sejtek áttekintése

A vírusok gyakran behatolnak más sejtekbe, a baktériumoktól az emberi sejtekig, és beillesztik saját DNS-ét. A vírusos vektor a tudósok arra használják, hogy a DNS-t növény vagy állati sejtbe vigyék át. A betegséget okozó géneket eltávolítjuk, és a kívánt génekkel helyettesítjük, amelyek tartalmazhatnak marker géneket is annak jelzésére, hogy az átvitel megtörtént.

A modern genetikai módosítás első előfordulása 1973-ban volt, amikor Herbert Boyer és Stanley Cohen egy gént átvitt egy baktériumtörzsből a másikba. Az antibiotikum-rezisztenciát kódoló gén.

A következő évben a tudósok létrehozták a géntechnológiával módosított állat első példányát, amikor Rudolf Jaenisch és Beatrice Mintz sikeresen beillesztette az idegen DNS-t az egér embrióiba.

A tudósok elkezdték alkalmazni a géntechnológiát az élőlények széles körében, egyre növekvő számú új technológiával. Például olyan növényeket fejlesztettek ki, amelyek gyomirtó szerekkel szemben ellenállóak, hogy a gazdálkodók a növények károsítása nélkül permetezhessék a gyomokat.

Az ételeket, különösen a zöldségeket és gyümölcsöket is módosították, így azok sokkal nagyobbak és hosszabb ideig megmaradtak, mint módosítatlan unokatestvéreik.

A géntechnológia a biotechnológia alapja, mivel a biotechnológiai ipar általános értelemben hatalmas terület, amely magában foglalja más élő fajok felhasználását az emberek szükségleteihez.

Az ősei több ezer évvel ezelőtt, akik szelektíven tenyésztettek kutyákat vagy bizonyos növényeket, biotechnológiát használtak. Ugyanígy a mai gazdák és kutyatenyésztők, valamint minden pékség vagy borászat.

Kapcsolodo tartalom: Hogyan veheti fel a kapcsolatot képviselőjével az éghajlatváltozással kapcsolatban

Az ipari biotechnológiát üzemanyagforrásokként használják; innen ered a „bioüzemanyagok” kifejezés. A mikroorganizmusok zsírokat fogyasztanak és etanollá alakítják, amely fogyasztható üzemanyag-forrás.

Az enzimeket a hagyományos módszereknél kevesebb hulladékkal és költséggel rendelkező vegyi anyagok előállítására vagy a gyártási folyamatok tisztítására használják fel a vegyi melléktermékek lebontásával.

Az őssejtes kezeléstől a javított vérvizsgálaton át a különféle gyógyszerekig az egészségügy arcát megváltoztatta a biotechnológia. Az orvosi biotechnológiai vállalatok mikrobákat használnak új gyógyszerek létrehozására, mint pl monoklonális antitestek (ezeket a gyógyszereket különféle állapotok kezelésére használják, beleértve a rákot is), antibiotikumokat, oltásokat és hormonokat.

Jelentős orvosi előrelépés volt a szintetikus inzulin előállításának folyamatának kidolgozása a géntechnológia és a mikrobák segítségével. Az emberi inzulin DNS-ét olyan baktériumokba illesztik be, amelyek replikálódnak, növekednek és termelik az inzulint, amíg az inzulint össze nem lehet gyűjteni és meg lehet tisztítani.

1991-ben Ingo Potrykus mezőgazdasági biotechnológiai kutatásokat dolgozott ki egy olyan rizs kifejlesztésére, amelyet béta-karotinnal dúsítottak, amelyet a szervezet átalakul A-vitaminná, és ideális ázsiai országokban termeszteni, ahol az A-vitamin-hiány okozta gyermekkori vakság különösen fontos probléma.

A tudományos közösség és a nyilvánosság közötti félreértés nagy vitákhoz vezetett a géntechnológiával módosított szervezetek vagy GMO-k kapcsán. Olyan félelem és felháborodás volt a miatt géntechnológiával módosított élelmiszertermék, például az Arany Rizs, aminek nevezik, hogy annak ellenére, hogy a növények 1999-ben készen voltak az ázsiai gazdálkodók számára történő terjesztésre, ez a forgalmazás még nem történt.