ბიოტექნოლოგია და გენეტიკური ინჟინერია: მიმოხილვა

ბიოტექნოლოგია არის სიცოცხლის მეცნიერების დარგი, რომელიც იყენებს ცოცხალ ორგანიზმებსა და ბიოლოგიურ სისტემებს შეცვლილი ან ახალი ორგანიზმების ან სასარგებლო პროდუქტების შესაქმნელად. ბიოტექნოლოგიის ძირითადი კომპონენტია გენეტიკური ინჟინერია.

ბიოტექნოლოგიის პოპულარული კონცეფცია არის ერთ – ერთი ექსპერიმენტი ლაბორატორიებში და უახლესი ტექნიკისა ინდუსტრიული მიღწევები, მაგრამ ბიოტექნოლოგია ბევრად უფრო ინტეგრირებულია უმეტეს ადამიანთა ყოველდღიურ ცხოვრებაში, ვიდრე ეს როგორც ჩანს.

თქვენ მიერ მიღებული ვაქცინები, სოიოს სოუსი, ყველი და პური, რომელსაც ყიდულობთ სასურსათო მაღაზიაში, თქვენს ყოველდღიურ პლასტმასას ამის გარემოა, თქვენი ნაოჭებისადმი მდგრადი ბამბის ტანსაცმელი, ზეთის დაღვრის შესახებ სიახლეების გასუფთავება და ა.შ. ბიოტექნოლოგია. ყველა მათგანი "ასაქმებს" ცოცხალ მიკრობებს პროდუქტის შესაქმნელად.

ლაიმის დაავადების სისხლის ტესტიც კი, ძუძუს კიბოს ქიმიოთერაპიული მკურნალობა ან ინსულინის ინექცია შეიძლება იყოს ბიოტექნოლოგიის შედეგი.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

ბიოტექნოლოგია ეყრდნობა გენეტიკური ინჟინერიის დარგს, რომელიც ცვლის დნმ-ს ცოცხალი ორგანიზმების ფუნქციის ან სხვა მახასიათებლების შესაცვლელად.

ამის ადრეული მაგალითებია მცენარეთა და ცხოველთა შერჩევითი გამრავლება ათასობით წლის წინ. დღეს მეცნიერები რედაქტირებენ ან გადააქვთ დნმ ერთი სახეობიდან მეორეზე. ბიოტექნოლოგია იყენებს ამ პროცესებს მრავალფეროვანი ინდუსტრიებისთვის, მათ შორის მედიცინა, საკვები და სოფლის მეურნეობა, წარმოება და ბიოსაწვავი.

მის გარეშე ბიოტექნოლოგია შეუძლებელი იქნებოდა გენეტიკური ინჟინერია. თანამედროვე პირობებში, ეს პროცესი მანიპულირებს უჯრედების გენეტიკურ ინფორმაციას ლაბორატორიული ტექნიკის გამოყენებით, ცოცხალი ორგანიზმების თვისებების შესაცვლელად.

მეცნიერებმა შეიძლება გამოიყენონ გენეტიკური ინჟინერია, რათა შეცვალონ ორგანიზმის გარეგნობის, ქცევის, ფუნქციონირების ან ურთიერთქმედების კონკრეტული მასალები ან სტიმულები. გენეტიკური ინჟინერია შესაძლებელია ყველა ცოცხალ უჯრედში; ეს მოიცავს მიკროორგანიზმებს, როგორიცაა ბაქტერიები და მრავალუჯრედიანი ორგანიზმების ცალკეული უჯრედები, როგორიცაა მცენარეები და ცხოველები. თუნდაც ადამიანის გენომი შესაძლებელია რედაქტირება ამ ტექნიკის გამოყენებით.

ზოგჯერ, მეცნიერები ცვლიან უჯრედში გენეტიკურ ინფორმაციას მისი გენების უშუალოდ შეცვლით. სხვა შემთხვევებში, ერთი ორგანიზმის დნმ – ის ნაჭრები სხვა ორგანიზმის უჯრედებში ხდება. ახალ ჰიბრიდულ უჯრედებს უწოდებენ ტრანსგენული.

გენეტიკური ინჟინერია შეიძლება ულტრათანამედროვე ტექნოლოგიურ წინსვლად გამოიყურებოდეს, მაგრამ იგი გამოიყენება ათწლეულების განმავლობაში, მრავალ სფეროში. სინამდვილეში, თანამედროვე გენეტიკურ ინჟინერიას საფუძველი ჩაეყარა ადამიანის უძველეს პრაქტიკაში, რომელიც პირველად ჩარლზ დარვინმა განსაზღვრა, როგორც ხელოვნური შერჩევა.

ხელოვნური შერჩევა, რომელსაც ასევე უწოდებენ შერჩევითი გამრავლება, ეს არის მეთოდი მცენარეთა, ცხოველების ან სხვა ორგანიზმებისათვის სასურველი თვისებების საფუძველზე შეგნებულად არჩევისთვის. ამის მიზეზი არის ამ თვისებებით შთამომავლობის შექმნა და მომავალ თაობებთან პროცესის გამეორება მოსახლეობაში თვისებების თანდათანობით გასაძლიერებლად.

მიუხედავად იმისა, რომ ხელოვნური შერჩევა არ საჭიროებს მიკროსკოპიას ან სხვა მოწინავე ლაბორატორიულ აღჭურვილობას, ეს გენეტიკური ინჟინერიის ეფექტური ფორმაა. მიუხედავად იმისა, რომ იგი დაიწყო როგორც უძველესი ტექნიკა, ადამიანები მას დღესაც იყენებენ.

საერთო მაგალითებია:

• პირუტყვის მოშენება.
• ყვავილების ჯიშების შექმნა.
• გამოყვანა ცხოველები, როგორიცაა მღრღნელები ან პრიმატები, სპეციფიკური სასურველი თვისებებით, როგორიცაა მგრძნობელობა დაავადებების მიმართ კვლევითი კვლევებისთვის.

ორგანიზმის ხელოვნურ შერჩევაში ადამიანის პირველი ცნობილი მაგალითია აწევა Canis lupus familiaris, ან როგორც უფრო საყოველთაოდ ცნობილია, ძაღლი. დაახლოებით 32000 წლის წინ, ადამიანები აღმოსავლეთ აზიის იმ რაიონში, რომელიც ახლა ჩინეთია, ცხოვრობდნენ მონადირეების შემგროვებელ ჯგუფებში. გარეული მგლები მისდევდნენ ადამიანთა ჯგუფებს და იშორებდნენ მონადირეების დატოვებულ გვამებს.

მეცნიერები ფიქრობენ, რომ სავარაუდოდ, ადამიანებმა მხოლოდ დამყოლი მგლების ნება დართეს, რომლებიც სიცოცხლის საფრთხეს არ წარმოადგენს. ამ გზით ძაღლების ტოტები მგლებისგან დაიწყო თვითგამორკვევით, როგორც თვისების მქონე პირები რაც მათ საშუალებას აძლევდა შეეგუონ ადამიანების ყოფნას, შინაური თანამგზავრები გახდნენ მონადირე-შემგროვებლები.

საბოლოოდ, ადამიანებმა დაიწყეს ძაღლების თაობების განზრახ მოშინაურება და შემდეგ გამოირჩეოდნენ სასურველი თვისებების, განსაკუთრებით მორჩილების გამო. ძაღლები ადამიანების ერთგული და დამცავი თანამგზავრები გახდნენ. ათასობით წლის განმავლობაში ადამიანები შერჩევით გამოჰყავდნენ მათ სპეციფიკური მახასიათებლებისთვის, როგორიცაა პალტოს სიგრძე და ფერი, თვალის ზომა და მუწუკის სიგრძე, სხეულის ზომა, განწყობა და სხვა.

32,000 წლის წინ აღმოსავლეთ აზიის ველური მგლები, რომლებიც 32,000 წლის წინ გაიყვნენ ძაღლებად, მოიცავს თითქმის 350 სხვადასხვა ძაღლის ჯიშს. ეს ადრეული ძაღლები გენეტიკურად ყველაზე მჭიდრო კავშირშია თანამედროვე ძაღლებთან, რომლებსაც ჩინელ ძაღლებს უწოდებენ.

ხელოვნური შერჩევა სხვაგვარად ვლინდება ძველ ადამიანურ კულტურებშიც. როდესაც ადამიანები გადადიოდნენ სოფლის მეურნეობის საზოგადოებებში, მათ გამოიყენეს ხელოვნური შერჩევა მცენარეთა და ცხოველთა სახეობების მზარდ რაოდენობასთან ერთად.

ისინი მოშინაურდნენ ცხოველებს თაობიდან თაობას მოშენებით, მხოლოდ იმ პირმშოების შეჯვარებით, რომლებიც გამოხატავდნენ სასურველ თვისებებს. ეს თვისებები დამოკიდებულია ცხოველის დანიშნულებაზე. მაგალითად, თანამედროვე შინაური ცხენები ბევრ კულტურაში გამოიყენება როგორც ტრანსპორტირება და ცხოველების შეკვრა, ცხოველთა ჯგუფის ნაწილი, რომელსაც ჩვეულებრივ უწოდებენ ტვირთის მხეცები.

ამიტომ, თვისებები, რომლებსაც შესაძლოა ცხენის მომშენებლები ეძებდნენ, არის მორჩილება და ძალა, ასევე სიძლიერე სიცივესა და სიცხეში და ტყვეობაში გამრავლების უნარი.

ანტიკურმა საზოგადოებებმა გამოიყენეს გენეტიკური ინჟინერია ხელოვნური შერჩევის გარდა სხვა გზით. 6000 წლის წინ, ეგვიპტელები იყენებდნენ საფუარს პურის საფუარის ასაღებად, ხოლო საფუარს დუღდნენ ღვინოს და ლუდს.

თანამედროვე გენეტიკური ინჟინერია ხდება ლაბორატორიაში, ნაცვლად შერჩევითი გამრავლებისა, რადგან გენებია გადაწერა და გადავიდა დნმ-ის ერთი ნაწილიდან მეორეში, ან ერთი ორგანიზმის უჯრედიდან მეორე ორგანიზმში დნმ. ეს ეყრდნობა დნმ-ს ბეჭედს, რომელსაც ა პლაზმიდი.

პლაზმიდები იმყოფებიან ბაქტერიულ და საფუარიან უჯრედებში და განცალკევებულია ქრომოსომებისგან. მიუხედავად იმისა, რომ ორივე შეიცავს დნმ-ს, პლაზმიდები, როგორც წესი, არ არის საჭირო უჯრედის გადარჩენისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ ბაქტერიული ქრომოსომები შეიცავს ათასობით გენს, პლაზმიდები შეიცავს მხოლოდ იმდენ გენს, რამდენადაც თქვენ იქნებოდით ერთი მხრივ. ეს მათ გაადვილებს მანიპულირებისა და ანალიზისთვის.

აღმოჩენა 1960-იან წლებში შეზღუდვის ენდონუკლეაზები, ასევე ცნობილია, როგორც შეზღუდვის ფერმენტები, გამოიწვია გარღვევა გენის რედაქტირებაში. ეს ფერმენტები ჭრიან დნმ-ს ჯაჭვის კონკრეტულ ადგილებში ფუძის წყვილი.

ბაზის წყვილი არის შეკრული ნუკლეოტიდები რომლებიც ქმნიან დნმ-ის ძაფს. ბაქტერიების სახეობიდან გამომდინარე, შემზღუდველი ფერმენტი სპეციალიზდება ბაზის წყვილთა სხვადასხვა თანმიმდევრობის ამოცნობისა და მოჭრაზე.

დაკავშირებული შინაარსი: მოლეკულური ბიოლოგიის განმარტება

მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ მათ შეეძლოთ შეზღუდული ფერმენტების გამოყენება პლაზმიდის რგოლების ნაჭრების ამოსაჭრელად. შემდეგ მათ შეძლეს დნმ-ის შემოტანა სხვა წყაროდან.

კიდევ ერთი ფერმენტი ე.წ. დნმ ლიგაზა უცხო დნმ-ს ანიჭებს თავდაპირველ პლაზმიდს დაკარგული დნმ-ის თანმიმდევრობით დატოვებულ ცარიელ ნაპრალში. ამ პროცესის საბოლოო შედეგია უცხო გენის სეგმენტის მქონე პლაზმიდი, რომელსაც ეწოდება ა ვექტორი.

თუ დნმ-ის წყარო იყო სხვა სახეობა, ახალ პლაზმიდს უწოდებენ რეკომბინანტული დნმან ქიმერა. მას შემდეგ, რაც პლაზმიდი ბაქტერიულ უჯრედში ხელახლა შეიყვანება, ახალი გენები გამოითქმის ისე, თითქოს ბაქტერიას ყოველთვის გააჩნდა ასეთი გენეტიკური შემადგენლობა. ბაქტერიის გამრავლებისა და გამრავლების შედეგად, გენის კოპირებაც მოხდება.

თუ მიზანი არის ახალი დნმ-ის შეტანა ორგანიზმის უჯრედში, რომელიც არ არის ბაქტერია, საჭიროა სხვადასხვა ტექნიკა. ამათგან ერთია ა გენური იარაღი, რომელიც აფეთქებს მძიმე ლითონის ელემენტების ძალიან პატარა ნაწილაკებს მცენარეული ან ცხოველური ქსოვილისგან, რომელიც დაფარულია რეკომბინანტული დნმ-ით.

კიდევ ორი ​​ტექნიკა საჭიროებს ინფექციური დაავადებების პროცესების ძალაუფლებას. ბაქტერიული შტამი ე.წ. Agrobacterium tumefaciens აინფიცირებს მცენარეებს, იწვევს მცენარეს სიმსივნის ზრდას. მეცნიერები აცილებენ დაავადების გამომწვევ გენებს პლაზმიდიდან, რომელიც პასუხისმგებელია სიმსივნეებზე, ე.წ. ტი, ან სიმსივნის გამომწვევი პლაზმიდი. ისინი ამ გენებს ანაცვლებენ, რა გენებითაც უნდათ მცენარეში გადატანა, რომ მცენარე "დაინფიცირდეს" სასურველი დნმ-ით.

დაკავშირებული შინაარსი: უჯრედის ბიოლოგია: პროკარიოტული და ეუკარიოტული უჯრედების მიმოხილვა

ვირუსები ხშირად შეიჭრებიან სხვა უჯრედებში, ბაქტერიიდან დამთავრებული ადამიანის უჯრედებამდე და ჩასვამენ საკუთარ დნმ-ს. ა ვირუსული ვექტორი გამოიყენება მეცნიერების მიერ დნმ-ის მცენარეულ ან ცხოველურ უჯრედში გადასაცემად. დაავადების გამომწვევი გენები ამოღებულია და ჩანაცვლდება სასურველი გენებით, რომლებიც შეიძლება შეიცავდეს მარკერულ გენებს იმის შესახებ, რომ გადაცემა მოხდა.

თანამედროვე გენეტიკური მოდიფიკაციის პირველი შემთხვევა იყო 1973 წელს, როდესაც ჰერბერტ ბოიერმა და სტენლი კოენმა გენი გადაიტანეს ბაქტერიების ერთი შტამიდან მეორეში. გენი კოდირებულია ანტიბიოტიკებისადმი რეზისტენტობისთვის.

შემდეგ წელს, მეცნიერებმა შექმნეს გენმოდიფიცირებული ცხოველის პირველი ინსტანცია, როდესაც რუდოლფ ჯაენიშმა და ბეატრის მინცმა წარმატებით ჩასვეს უცხოური დნმ თაგვის ემბრიონებში.

მეცნიერებმა დაიწყეს გენური ინჟინერიის გამოყენება ორგანიზმების ფართო ველში, მზარდი ახალი ტექნოლოგიების მისაღებად. მაგალითად, მათ განავითარეს მცენარეები ჰერბიციდების მიმართ, რათა ფერმერებს შეეძლოთ სარეველების შესხურება მათი მოსავლის დაზიანების გარეშე.

მათ ასევე შეცვალეს საკვები, განსაკუთრებით ბოსტნეული და ხილი, ისე, რომ ისინი ბევრად უფრო გაიზარდნენ და დიდხანს გაგრძელდებოდნენ, ვიდრე მათი შეუცვლელი ბიძაშვილები.

გენეტიკური ინჟინერია ბიოტექნოლოგიის საფუძველია, ვინაიდან ბიოტექნოლოგიური ინდუსტრია, ზოგადი გაგებით, ფართო დარგია, რომელიც გულისხმობს სხვა ცოცხალი სახეობების გამოყენებას ადამიანის საჭიროებებისათვის.

თქვენი წინაპრები ათასობით წლის წინ, რომლებიც შერჩევით ამრავლებდნენ ძაღლებს ან გარკვეულ კულტურებს, იყენებდნენ ბიოტექნოლოგიას. ასევე თანამედროვე ფერმერები და ძაღლების გამრავლები, ისევე როგორც ნებისმიერი საცხობი ან მეღვინეობა.

დაკავშირებული შინაარსი: როგორ დაუკავშირდეთ თქვენს წარმომადგენელს კლიმატის ცვლილების შესახებ

საწვავის წყაროებისთვის გამოიყენება ინდუსტრიული ბიოტექნოლოგია; აქ წარმოიშვა ტერმინი "ბიოსაწვავი". მიკროორგანიზმები მოიხმარენ ცხიმებს და აქცევენ მათ ეთანოლს, რომელიც არის საწვავის მოხმარება.

ფერმენტები გამოიყენება ქიმიური ნივთიერებების წარმოებისთვის ნაკლები ნარჩენების დანახარჯებით, ვიდრე ტრადიციული მეთოდები, ან წარმოების პროცესების გასუფთავება ქიმიური ქვეპროდუქტების დაშლით.

ღეროვანი უჯრედების მკურნალობადან დაწყებული სისხლის ტესტების გაუმჯობესებამდე და სხვადასხვა ფარმაცევტულ პროდუქტამდე, ბიოტექნოლოგიამ შეცვალა ჯანმრთელობის დაცვის სახე. სამედიცინო ბიოტექნოლოგიური კომპანიები მიკრობებს იყენებენ ახალი მედიკამენტების შესაქმნელად, მაგალითად მონოკლონური ანტისხეულები (ეს წამლები გამოიყენება სხვადასხვა პირობების სამკურნალოდ, კიბოს ჩათვლით), ანტიბიოტიკები, ვაქცინები და ჰორმონები.

მნიშვნელოვანი სამედიცინო მიღწევა იყო გენეტიკური ინჟინერიისა და მიკრობების დახმარებით სინთეზური ინსულინის შექმნის პროცესის შემუშავება. ადამიანის ინსულინის დნმ შეიყვანება ბაქტერიებში, რომლებიც ტირაჟირებენ და იზრდებიან და წარმოქმნიან ინსულინს, სანამ ინსულინი შეგროვდება და გაიწმინდება.

1991 წელს ინგო პოტრიკუსმა გამოიყენა სოფლის მეურნეობის ბიოტექნოლოგიის კვლევა, რათა გამოიმუშავოს ბრინჯის ისეთი სახეობა, რომელიც გამდიდრებულია ბეტა კაროტინით, რომლის ორგანიზმიც გარდაიქმნება A ვიტამინზე და იდეალურია აზიის ქვეყნებში გასაზრდელად, სადაც განსაკუთრებით განსაკუთრებული სიბრმავეა ვიტამინის დეფიციტისგან პრობლემა

სამეცნიერო საზოგადოებასა და საზოგადოებას შორის არასწორმა კომუნიკაციამ გამოიწვია დიდი დაპირისპირება გენმოდიფიცირებული ორგანიზმების, ან გმო – ების შესახებ. ასეთი შიში და უკმაყოფილება იყო ა გენმოდიფიცირებული საკვები პროდუქტი, როგორიცაა ოქროს ბრინჯი, როგორც მას უწოდებენ, რომ მიუხედავად 1999 წელს მცენარეთა მზაობისა აზიის ფერმერებისთვის, ეს განაწილება ჯერ არ მომხდარა მოხდა.