A 遺伝子、基本的な生化学的観点から、のセグメントです デオキシリボ核酸 （DNA）特定のタンパク質製品を組み立てるための遺伝暗号を運ぶ生物のすべての細胞内。 より機能的で動的なレベルでは、遺伝子は、動物、植物、菌類、さらには細菌などの生物が何であるか、そしてそれらが何に成長する運命にあるかを決定します。
遺伝子の振る舞いは環境要因（栄養など）や他の遺伝子にも影響されますが、 遺伝物質 体の大きさから微生物の侵入者、アレルゲン、その他の外的要因への反応まで、目に見えるものと見えないものを問わず、あなたに関するほとんどすべてを圧倒的に決定します。
したがって、特定の方法で遺伝子を変更、変更、または操作する機能により、次のことができるオプションが導入されます。 特定のDNAを含むことが知られているDNAの特定の組み合わせを使用して、人間を含む精巧に調整された生物を作成します 遺伝子。
生物を改変するプロセス 遺伝子型 （大まかに言えば、その個々の遺伝子の合計）したがって、その遺伝的「青写真」は、 遺伝子組み換え. とも呼ばれている 遺伝子工学、この種の生化学的操作は、ここ数十年でサイエンスフィクションの領域から現実に移行しました。
関連する開発は、人間の健康と生活の質の向上の見通しと、さまざまな面での厄介で避けられない倫理的問題の両方に興奮をもたらしています。
遺伝子組み換え：定義
遺伝子組み換え 生物の特定の特性を増幅、変更、または調整するために、遺伝子を操作、変更、削除、または調整するプロセスです。 それは、絶対的な根（または細胞）レベルでの形質の操作です。
日常的に特定の方法で髪をスタイリングすることと、実際に髪の色、長さ、 ヘアケア製品を使用せずに、代わりにあなたの目に見えないコンポーネントを与えることに依存する一般的な配置（例えば、ストレート対カーリー） 望ましい美容上の結果を達成し、確実にする方法に関する身体の指示、そしてあなたは遺伝子組み換えがすべてであるという感覚を得る 約。
すべての生物にはDNAが含まれているため、細菌から植物、人間に至るまで、あらゆる生物に対して遺伝子工学を行うことができます。
これを読んでいると、遺伝子工学の分野は、農業、医学、製造、その他の分野で新しい可能性と実践で急成長しています。
遺伝子組み換えではないもの
文字通り変化する遺伝子と、既存の遺伝子を利用する方法で行動することの違いを理解することが重要です。
多くの遺伝子は、親生物が住んでいる環境から独立して機能しません。 食生活、さまざまな種類のストレス（例：慢性疾患、独自の遺伝的根拠がある場合とない場合がある）、その他 日常的に直面する生物は、遺伝子発現、または遺伝子がタンパク質製品を作るために使用されるレベルに影響を与える可能性があります コード。
あなたが平均よりも背が高くて重い傾向がある人々の家族から来て、あなたが有利なスポーツでの運動のキャリアを熱望しているなら バスケットボールやホッケーなどの体力とサイズで、ウェイトを持ち上げてしっかりとした量の食べ物を食べることで、同じくらい大きくて強い可能性を最大限に高めることができます。 可能。
しかし、これは、事実上保証する新しい遺伝子をDNAに挿入できることとは異なります。 予測可能なレベルの筋肉と骨の成長、そして最終的には、 スポーツスター。
遺伝子組み換えの種類
多くの種類の遺伝子工学技術が存在し、それらのすべてが洗練された実験装置を使用して遺伝物質を操作する必要があるわけではありません。
実際、生物の積極的かつ体系的な操作を伴うプロセス 遺伝子プール、または繁殖によって（つまり、性的に）繁殖する集団内の遺伝子の合計は、遺伝子工学としての資格があります。 もちろん、これらのプロセスのいくつかは、確かに最先端のテクノロジーです。
人工淘汰: 単純淘汰または品種改良とも呼ばれる人工淘汰とは、既知の遺伝子型を持つ親生物を選択することです。 自然だけがエンジニアである場合には発生しない、または少なくともはるかに長い時間にわたってのみ発生するであろう量の子孫を生産する はかり。
農家や犬のブリーダーが子孫に確実に繁殖させるためにどの植物や動物を繁殖させるかを選択するとき 人間が何らかの理由で望ましいと感じる特徴、彼らは日常的な形の遺伝学を実践しています 変形。
誘発された突然変異誘発: これは、細菌の特定の遺伝子またはDNA配列に突然変異（計画外の、しばしば自発的なDNAの変化）を誘発するためのX線または化学物質の使用です。 その結果、「正常な」遺伝子よりも優れた（または必要に応じて、より悪い）パフォーマンスを示す遺伝子変異体が発見される可能性があります。 このプロセスは、生物の新しい「線」を作成するのに役立ちます。
突然変異はしばしば有害ですが、地球上の生命の遺伝的多様性の根本的な原因でもあります。 その結果、それらを大量に誘導する一方で、適応度の低い生物の集団を作成することは確実ですが、 有益な突然変異の可能性を高め、それを追加の使用により人間の目的に利用することができます テクニック。
ウイルスまたはプラスミドベクター： 科学者は、ファージ（細菌またはその原核生物の近縁種である古細菌に感染するウイルス）または プラスミド 次に、改変されたプラスミドまたはファージを他の細胞に配置して、それらの細胞に新しい遺伝子を導入します。
これらのプロセスの適用には、病気に対する耐性の増加、抗生物質耐性の克服が含まれます 極端な温度や 毒素。 あるいは、そのようなベクトルを使用すると、新しい特性を作成する代わりに、既存の特性を増幅できます。
植物育種技術を使用すると、植物をより頻繁に開花させるように「注文」したり、バクテリアを誘導して、通常は生成しないタンパク質や化学物質を生成したりできます。
レトロウイルスベクター： ここでは、特定の遺伝子を含むDNAの一部がこれらの特殊な種類のウイルスに入れられ、次に遺伝物質が別の生物の細胞に輸送されます。 この物質は宿主ゲノムに組み込まれているため、その生物の残りのDNAと一緒に発現させることができます。
簡単に言えば、これには、特別な酵素を使用して宿主DNAの鎖を切り取り、新しい酵素を挿入することが含まれます 遺伝子の両端にあるDNAを切り取って宿主に付着させることでできた隙間に遺伝子を入れる DNA。
「ノックイン、ノックアウト」テクノロジー： その名前が示すように、このタイプの技術は、DNAの特定のセクションまたは特定の遺伝子の完全または部分的な削除（「ノックアウト」）を可能にします。 同様の方針に沿って、この形式の遺伝子組み換えの背後にいる人間のエンジニアは、DNAの新しいセクションまたは新しい遺伝子をいつどのようにオンにする（「ノックイン」する）かを選択できます。
発生期の生物への遺伝子の注入： 遺伝子または遺伝子を含むベクターを卵子（卵母細胞）に注入すると、新しい遺伝子を卵母細胞に組み込むことができます 発生中の胚のゲノム。したがって、最終的には生物で発現します。 結果。
遺伝子クローニング
遺伝子クローニング プラスミドベクターの使用例です。 DNAの円形片であるプラスミドは、細菌または酵母細胞から抽出されます。 制限酵素は、分子に沿った特定の場所でDNAを「切断」するタンパク質であり、DNAを切り取って、環状分子から線状の鎖を作成するために使用されます。 次に、目的の遺伝子のDNAがプラスミドに「貼り付け」られ、他の細胞に導入されます。
最後に、これらの細胞は、プラスミドに人工的に追加された遺伝子の読み取りとコーディングを開始します。
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遺伝子クローニングには、4つの基本的なステップが含まれます。 次の例では、あなたの目的は E。 大腸菌 暗闇で光るバクテリア。 （もちろん、通常、これらのバクテリアはこの特性を持っていません。 もしそうなら、世界の下水道やその自然の水路の多くのような場所は、明らかに異なる性格を帯びるでしょう。 E。 大腸菌 人間の胃腸管で流行しています。）
1. 目的のDNAを分離します。 まず、必要な特性を持つタンパク質をコードする遺伝子を見つけるか作成する必要があります。この場合は、暗闇で光ります。 特定のクラゲはそのようなタンパク質を作り、原因となる遺伝子が特定されています。 この遺伝子は ターゲットDNA. 同時に、使用するプラスミドを決定する必要があります。 これは ベクターDNA.
2. 制限酵素を使用してDNAを切断します。 これらの前述のタンパク質は、 制限エンドヌクレアーゼ、バクテリアの世界に豊富にあります。 このステップでは、同じエンドヌクレアーゼを使用して、ターゲットDNAとベクターDNAの両方を切断します。
これらの酵素のいくつかは、DNA分子の両方の鎖をまっすぐに切断しますが、他の例では、「千鳥状」の切断を行い、短い長さの一本鎖DNAを露出させます。 後者は呼ばれます 粘着末端.
3. ターゲットDNAとベクターDNAを組み合わせます。 これで、2種類のDNAを、と呼ばれる酵素と一緒に組み合わせました。 DNAリガーゼ、手の込んだ接着剤として機能します。 この酵素は、分子の末端を結合することにより、エンドヌクレアーゼの働きを逆転させます。 結果は キメラ、またはのストランド 組換えDNA.
- 人間のインスリンは、他の多くの重要な化学物質の中でも、組換え技術を使用して作ることができます。
4. 組換えDNAを宿主細胞に導入します。 今、あなたはあなたが必要とする遺伝子とそれが属する場所にそれをシャトルする手段を持っています。 これを行うにはいくつかの方法がありますが、その中には 変換、いわゆるコンピテントセルが新しいDNAを一掃し、 エレクトロポレーション、電気のパルスを使用して細胞膜を短時間破壊し、DNA分子が細胞に入るのを可能にします。
遺伝子組み換えの例
人工淘汰： 犬のブリーダーは、さまざまな特性、特に毛色を選択できます。 ラブラドールレトリバーの特定のブリーダーが、その品種の特定の色に対する需要の増加を確認した場合、彼または彼女は問題の色のために体系的に繁殖することができます。
遺伝子治療： 欠陥のある遺伝子を持っている人では、働く遺伝子のコピーをその人の細胞に導入して、外来DNAを使用して必要なタンパク質を作ることができます。
GM作物： 遺伝子組み換え農業の方法は、除草剤耐性植物などの遺伝子組み換え（GM）作物、より多くの果実を生み出す作物を作成するために使用できます 従来の育種と比較して、耐寒性のあるGM植物、全体的な収穫量が改善された作物、栄養価の高い食品など オン。
より広義には、21世紀には、遺伝子組み換え生物（GMO）が花開いてホットボタンの問題になりました。 遺伝子組み換えを取り巻く食品の安全性とビジネス倫理の懸念の両方によるヨーロッパとアメリカの市場 作物の。
遺伝子改変動物： 家畜の世界におけるGM食品の一例は、より大きく、より速く成長してより多くの胸肉を生産する鶏の繁殖です。 これらのような組換えDNA技術の実践は、動物に痛みや不快感を引き起こす可能性があるため、倫理的な懸念を引き起こします。
遺伝子編集： 遺伝子編集、またはゲノム編集の例は、 CRISPR、または クラスター化された規則的に間隔を空けた短いパリンドロームリピート. このプロセスは、バクテリアがウイルスから身を守るために使用する方法から「借用」されています。 これには、標的ゲノムのさまざまな部分の高度に標的化された遺伝子改変が含まれます。
CRISPRでは、 ガイドリボ核酸 （gRNA）は、ゲノムの標的部位と同じ配列を持つ分子であり、宿主細胞内でCas9と呼ばれるエンドヌクレアーゼと結合します。 gRNAはターゲットDNA部位に結合し、Cas9を一緒にドラッグします。 このゲノム編集により、不良遺伝子（癌の原因となる変異体など）が「ノックアウト」される可能性があり、場合によっては、不良遺伝子を望ましい変異体に置き換えることができます。
