გენეტიკური მოდიფიკაცია: განმარტება, ტიპები, პროცესი, მაგალითები

ა გენიძირითადი ბიოქიმიური თვალსაზრისით არის სეგმენტი დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ) ორგანიზმის ყველა უჯრედში, რომელიც ატარებს გენეტიკულ კოდს კონკრეტული ცილოვანი პროდუქტის აწყობისთვის. უფრო ფუნქციურ და დინამიურ დონეზე, გენები განსაზღვრავენ რა ორგანიზმებია - ცხოველები, მცენარეები, სოკოები და ბაქტერიებიც კი და რისთვისაც ხდება მათი განვითარება.

მიუხედავად იმისა, რომ გენების ქცევაზე გავლენას ახდენს გარემო ფაქტორები (მაგალითად, კვება) და სხვა გენებიც კი, თქვენი შემადგენლობა გენეტიკური მატერიალი უმეტესწილად უკარნახებს თქვენს შესახებ თითქმის ყველაფერს, ხილულსა და არნახულს, სხეულის ზომიდან დაწყებული, მიკრობული დამპყრობლების, ალერგენების და სხვა გარე აგენტების მიმართ თქვენი პასუხით.

შესაბამისად, გენების შეცვლის, შეცვლის ან ინჟინერირების შესაძლებლობა საშუალებას მისცემს შესაძლებლობას შექმნას შესანიშნავად მორგებული ორგანიზმები - ადამიანის ჩათვლით - დნმ – ის მოცემული კომბინაციების გამოყენებით, რომლებიც ცნობილია, რომ შეიცავს გარკვეულებს გენები

ორგანიზმის შეცვლის პროცესი გენოტიპი (თავისუფლად რომ ვთქვათ, მისი ცალკეული გენების ჯამი) და, შესაბამისად, მისი გენეტიკური "გეგმა" ცნობილია, როგორც

ამასთან დაკავშირებული მოვლენები აღფრთოვანებული იყო ადამიანის ჯანმრთელობისა და ცხოვრების ხარისხის გაუმჯობესების პერსპექტივით და სხვადასხვა ფრონტებზე ეკლიანი და გარდაუვალი ეთიკური საკითხებით.

გენეტიკური მოდიფიკაცია არის ნებისმიერი პროცესი, რომლის დროსაც ხდება გენების მანიპულირება, შეცვლა, წაშლა ან რეგულირება ორგანიზმის გარკვეული მახასიათებლის გამრავლების, შეცვლის ან კორექტირების მიზნით. ეს არის თვისებებით მანიპულირება აბსოლუტურ ფესვთა - ან უჯრედულ დონეზე.

გაითვალისწინეთ განსხვავება თმის რუტინულ სტილს გარკვეულწილად და სინამდვილეში თქვენი თმის ფერის, სიგრძისა და ზოგადი განლაგება (მაგ. სწორი და ხუჭუჭა) თმის მოვლის საშუალებების გამოყენების გარეშე, ნაცვლად იმისა, რომ დაეყრდნოთ თქვენი არნახული კომპონენტების მიღებას. სხეულის ინსტრუქციები იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა მივაღწიოთ და უზრუნველყოთ სასურველი კოსმეტიკური შედეგი, და თქვენ გაეცანით რას წარმოადგენს გენეტიკური მოდიფიკაცია დაახლოებით.

იმის გამო, რომ ყველა ცოცხალი ორგანიზმი შეიცავს დნმ-ს, გენეტიკური ინჟინერიის განხორციელება შესაძლებელია ნებისმიერ ორგანიზმზე, ბაქტერიიდან დაწყებული მცენარეებით დამთავრებული.

როგორც ამას კითხულობთ, გენეტიკური ინჟინერიის დარგში იქმნება ახალი შესაძლებლობები და პრაქტიკა სოფლის მეურნეობის, მედიცინის, წარმოების და სხვა სფეროებში.

მნიშვნელოვანია გვესმოდეს განსხვავება სიტყვასიტყვით შეცვლილ გენებს შორის და იქცევა ისე, რომ არსებული გენი გამოიყენოს.

ბევრი გენი არ მუშაობს იმ გარემოსგან დამოუკიდებლად, რომელშიც მშობელი ორგანიზმი ცხოვრობს. დიეტური ჩვევები, სხვადასხვა სახის სტრესი (მაგალითად, ქრონიკული დაავადებები, რომლებსაც შეიძლება ჰქონდეთ გენეტიკური საფუძვლები ან არ გააჩნდეთ) და სხვა რამ ორგანიზმებს, რომლებსაც რუტინულად უპირისპირდებიან, შეიძლება გავლენა მოახდინოს გენების გამოხატვაზე ან იმ დონეზე, რომლითაც გენები იყენებენ პროტეინის პროდუქტებს, რისთვისაც ისინი წარმოადგენენ კოდი

თუ თქვენ მოდის იმ ოჯახის ოჯახიდან, რომელიც გენეტიკურად არის საშუალოზე მაღალი და მძიმე, და მიისწრაფვით სპორტულ კარიერაში სპორტის ისეთი სახეობისკენ, რომელიც ემხრობა სიძლიერე და ზომა, როგორიცაა კალათბურთი ან ჰოკეი, შეგიძლიათ აწიოთ წონა და მიირთვათ დიდი რაოდენობით საკვები, რათა მაქსიმალურად გაზარდოთ თქვენი ყოფნა ისეთივე დიდი და ძლიერი, როგორც შესაძლებელია

მაგრამ ეს განსხვავდება თქვენი დნმ-ში ახალი გენების ჩასმის შესაძლებლობისგან, რომლებიც პრაქტიკულად გარანტიას ა კუნთებისა და ძვლების ზრდის პროგნოზირებადი დონე და, საბოლოო ჯამში, ადამიანის ყველა ტიპიური თვისება სპორტული ვარსკვლავი.

მრავალი სახის გენეტიკური ინჟინერიის ტექნიკა არსებობს და ყველა მათგანი არ საჭიროებს გენეტიკური მასალის მანიპულირებას დახვეწილი ლაბორატორიული აღჭურვილობის გამოყენებით.

სინამდვილეში, ნებისმიერი პროცესი, რომელიც გულისხმობს ორგანიზმის აქტიურ და სისტემურ მანიპულირებას გენოფონდი, ან გენების ჯამი ნებისმიერ პოპულაციაში, რომელიც მრავლდება გამრავლების გზით (ანუ სქესობრივი გზით), კვალიფიცირდება როგორც გენეტიკური ინჟინერია. ამ პროცესებიდან ზოგი, რა თქმა უნდა, ტექნოლოგიის უახლეს ნაწილს წარმოადგენს.

ხელოვნური შერჩევა: ასევე მარტივი შერჩევა ან შერჩევითი გამრავლება, ხელოვნური შერჩევა არის მშობელი ორგანიზმების არჩევა, რომელთათვისაც ცნობილია გენოტიპი შთამომავლობის წარმოება იმ რაოდენობით, რაც არ მოხდებოდა, თუ მხოლოდ ბუნება იქნებოდა ინჟინერი, ან მინიმუმ მხოლოდ გაცილებით მეტ დროში მოხდებოდა სასწორი.

როდესაც ფერმერები ან ძაღლების სელექციონერები ირჩევენ რომელი მცენარეების ან ცხოველების გამოყვანას, რათა დარწმუნდნენ, რომ გარკვეული შთამომავლები არიან მახასიათებლები, რომლებიც რატომღაც ადამიანებს სასურველად თვლიან, ისინი იყენებენ გენეტიკური ყოველდღიური ფორმით მოდიფიკაცია.

გამოწვეული მუტაგენეზი: ეს არის რენტგენის ან ქიმიკატების გამოყენება მუტაციების (დაუგეგმავი, ხშირად სპონტანური ცვლილებები დნმ-ში) სპეციფიკურ გენებში ან ბაქტერიების დნმ თანმიმდევრობებში. ამან შეიძლება გამოიწვიოს გენური ვარიანტების აღმოჩენა, რომლებიც უკეთეს (ან საჭიროების შემთხვევაში, უარესი) მოქმედებენ, ვიდრე "ნორმალური" გენი. ეს პროცესი ხელს შეუწყობს ორგანიზმების ახალი "ხაზების" შექმნას.

მუტაციები, თუმც ხშირად საზიანოა, დედამიწაზე ცხოვრების გენეტიკური ცვალებადობის ფუნდამენტური წყაროცაა. შედეგად, მათი დიდი რაოდენობით გამოწვევა, მართალია, ნაკლებად შესაფერისი ორგანიზმების პოპულაციებს ქმნის ზრდის სასარგებლო მუტაციის ალბათობას, რომლის გამოყენება შესაძლებელია ადამიანის მიზნებისთვის დამატებით ტექნიკა.

ვირუსული ან პლაზმური ვექტორები: მეცნიერებს შეუძლიათ შეიტანონ გენი ფაგებში (ვირუსი, რომელიც აინფიცირებს ბაქტერიებს ან მათ პროკარიოტულ ნათესავებს, არქეას) ან პლაზმიდი ვექტორი, შემდეგ კი მოდიფიცირებული პლაზმიდი ან ფაგი მოათავსეთ სხვა უჯრედებში, ამ უჯრედებში ახალი გენის შეყვანის მიზნით.

ამ პროცესების გამოყენება მოიცავს დაავადებისადმი მდგრადობის ზრდას, ანტიბიოტიკების მიმართ რეზისტენტობის დაძლევას და ორგანიზმის უნარის გაუმჯობესება ეწინააღმდეგება გარემო სტრესორებს, როგორიცაა ტემპერატურის უკიდურესობა და ტოქსინები. გარდა ამისა, ამგვარი ვექტორების გამოყენებას შეუძლია ახასიათოს არსებული მახასიათებელი, ახლის შექმნის ნაცვლად.

მცენარეთა გამრავლების ტექნოლოგიის გამოყენებით შესაძლებელია მცენარის "შეკვეთა" უფრო ხშირად ყვავილობა, ან ბაქტერიების წარმოქმნა პროტეინის ან ქიმიური ნივთიერების წარმოქმნით, რაც ჩვეულებრივ არ გააკეთეს.

რეტროვირუსული ვექტორები: აქ დნმ-ის გარკვეული ნაწილი შეიცავს გარკვეულ გენებს ამ სპეციალურ ვირუსებში, რომლებიც შემდეგ გენეტიკური მასალის ტრანსპორტირებას ახდენს სხვა ორგანიზმის უჯრედებში. ეს მასალა შედის მასპინძლის გენომში, რათა მათ გამოხატონ დანარჩენი დნმ-ი ამ ორგანიზმში.

უბრალო თვალსაზრისით, ეს გულისხმობს მასპინძელი დნმ-ის ძაფის გაყოფას სპეციალური ფერმენტების გამოყენებით, ახლის ჩასმას გენი იმ უფსკრულით, რომელიც შეიქმნა მასპინძლის მიყოლებით და დნმ-ის მიმაგრებით ორივე ბოლოში დნმ.

"Knock in, Knock Out" ტექნოლოგია: როგორც მისი სახელიდან ჩანს, ამ ტიპის ტექნოლოგია საშუალებას იძლევა დნმ-ის გარკვეული სექციების ან გარკვეული გენების სრული ან ნაწილობრივი წაშლა ("ნოკაუტი"). მსგავსი ხაზის გასწვრივ, გენური მოდიფიკაციის ამ ფორმის უკან მყოფ ინჟინრებს შეუძლიათ აირჩიონ როდის და როგორ ჩართონ დნმ-ის ახალი მონაკვეთი ან ახალი გენი.

გენების ინექცია ახალშობილ ორგანიზმებში: გენების ან ვექტორების ინექციას, რომლებიც შეიცავს გენებს კვერცხუჯრედებში (ოოციტები), შესაძლებელია ახალი გენების შეტანა განვითარებადი ემბრიონის გენომი, რომლებიც შესაბამისად გამოხატულია ორგანიზმში შედეგები

გენების კლონირება არის პლაზმური ვექტორების გამოყენების მაგალითი. პლაზმიდები, რომლებიც დნმ-ის წრიული ნაჭრებია, იღებენ ბაქტერიულ ან საფუარიან უჯრედს. შეზღუდვის ფერმენტები, რომლებიც წარმოადგენენ ცილებს, რომლებიც დნმ-ს "აჭრიან" მოლეკულის გასწვრივ კონკრეტულ ადგილებში, იყენებენ დნმ-ის გადასაჭრელად, წრიული მოლეკულისგან სწორხაზოვან სტრიქონს ქმნიან. შემდეგ, სასურველი გენის დნმ-ის "გაკერვა" ხდება პლაზმიდში, რომელიც სხვა უჯრედებში შედის.

დაბოლოს, ეს უჯრედები იწყებენ იმ გენის კითხვას და კოდირებას, რომელიც ხელოვნურად დაემატა პლაზმიდს.

დაკავშირებული შინაარსი: RNA განმარტება, ფუნქცია, სტრუქტურა

გენების კლონირება მოიცავს ოთხ ძირითად ნაბიჯს. შემდეგ მაგალითში, თქვენი მიზანია წარმოქმნას შტამი ე. კოლი ბაქტერიები, რომლებიც სიბნელეში ანათებენ. (ჩვეულებრივ, რა თქმა უნდა, ეს ბაქტერიები არ ფლობენ ამ თვისებას; მათ რომ ჰქონდეთ, ისეთი ადგილები, როგორიცაა მსოფლიო კანალიზაციის სისტემები და მისი მრავალი ბუნებრივი სადინარი, აშკარად განსხვავებულ ხასიათს მიიღებს, ე. კოლი გავრცელებულია ადამიანის კუჭ-ნაწლავის ტრაქტში.)

1. იზოლირება სასურველი დნმ. პირველ რიგში, თქვენ უნდა იპოვოთ ან შექმნათ გენი, რომელიც კოდირებს ცილის საჭირო თვისებას - ამ შემთხვევაში, ანათებს სიბნელეში. გარკვეული მედუზები ქმნიან ასეთ ცილებს და გამოვლენილია პასუხისმგებელი გენი. ამ გენს ეწოდება სამიზნე დნმ. ამავე დროს, თქვენ უნდა განსაზღვროთ, თუ რა პლაზმიდს იყენებთ; ეს არის ვექტორული დნმ.

2. გაასუფთავეთ დნმ შეზღუდული ფერმენტების გამოყენებით. ამ ზემოხსენებულ ცილებს, ასევე მოუწოდა შეზღუდვის ენდონუკლეაზები, მრავლად არიან ბაქტერიულ სამყაროში. ამ ეტაპზე თქვენ იყენებთ იმავე ენდონუკლეაზას, როგორც სამიზნე დნმ-ის, ასევე ვექტორული დნმ-ის მოსაჭრად.

ზოგიერთი ეს ფერმენტი პირდაპირ დნმ-ის მოლეკულის ორივე ძაფს ჭრის, ხოლო სხვა შემთხვევებში ისინი ქმნიან "შებორკილ" ჭრილობას, რის გამოც დაუცველია ერთჯაჭვიანი დნმ-ის მცირე სიგრძეები. ამ უკანასკნელებს ეძახიან წებოვანი ბოლოები.

3. შეუთავსეთ სამიზნე დნმ და ვექტორული დნმ. თქვენ ახლა დნმ-ის ორი ტიპი ერთად დააყენეთ ფერმენტთან ერთად, რომელსაც ეწოდება დნმ ლიგაზა, რომელიც ფუნქციონირებს, როგორც დახვეწილი სახის წებო. ეს ფერმენტი უკუაგდებს ენდონუკლეაზების მუშაობას მოლეკულების ბოლოების შეერთებით. შედეგი არის ა ქიმერა, ან ბოჭკო რეკომბინანტული დნმ.

• ადამიანის ინსულინი, სხვა მრავალ მნიშვნელოვან ქიმიკატებთან ერთად, შეიძლება დამზადდეს რეკომბინანტული ტექნოლოგიის გამოყენებით.

4. შეასრულეთ რეკომბინანტული დნმ მასპინძელ უჯრედში. ახლა თქვენ გაქვთ თქვენთვის საჭირო გენი და მისი გაჩერების საშუალება იქ, სადაც მას მიეკუთვნება. ამისათვის არსებობს მრავალი გზა, მათ შორის ტრანსფორმაცია, რომელშიც ე.წ. კომპეტენტური უჯრედები იღებენ ახალ დნმ-ს და ელექტროპორაცია, რომელშიც ელექტროენერგიის პულსი გამოიყენება უჯრედის მემბრანის მოკლედ მოშლისთვის, რათა დნმ-ის მოლეკულა შევიდეს უჯრედში.

ხელოვნური შერჩევა: ძაღლების სელექციონერებს შეუძლიათ აირჩიონ სხვადასხვა თვისებები, განსაკუთრებით პალტოს ფერი. თუ Labrador retrievers- ის მოცემულმა სელექციონერმა დაინახა მოთხოვნილება ჯიშის მოცემულ ფერზე, მას შეუძლია სისტემატურად გამოიმუშავოს მოცემული ფერისთვის.

Გენური თერაპია: წუნდებული გენის მქონე ადამიანში სამუშაო გენის ასლი შეიძლება შევიდეს ამ ადამიანის უჯრედებში, რომ საჭირო ცილის დამზადება მოხდეს უცხოური დნმ-ის გამოყენებით.

გენმოდიფიცირებული კულტურები: გენეტიკური მოდიფიკაციის სოფლის მეურნეობის მეთოდები შეიძლება გამოყენებულ იქნას გენმოდიფიცირებული (გენმოდიფიცირებული) კულტურების შესაქმნელად, როგორიცაა ჰერბიციდების მიმართ მდგრადი მცენარეები, კულტურები, რომლებიც მეტ ნაყოფს იძლევა. ჩვეულებრივ მეცხოველეობასთან შედარებით, გენმოდიფიცირებული მცენარეები, რომლებიც რეზისტენტულია სიცივის მიმართ, კულტურები, რომლებსაც საერთო ჯამში მოსავლიანობა აქვთ, უმაღლესი საკვების მქონე საკვები და ა.შ. ჩართული

უფრო ფართო მასშტაბით, XXI საუკუნეში გენმოდიფიცირებული ორგანიზმები (გმო) აყვავდნენ ცხელ ღილაკად ევროპული და ამერიკული ბაზრები, როგორც სურსათის უვნებლობის, ასევე ბიზნეს ეთიკის გამო, გენეტიკური მოდიფიკაციის მხრივ კულტურების.

გენმოდიფიცირებული ცხოველები: მეცხოველეობის სამყაროში გენმოდიფიცირებული საკვების ერთ-ერთი მაგალითია ქათმების მოშენება, რომლებიც უფრო და უფრო სწრაფად იზრდებიან და ქმნიან უფრო მეტ მკერდის ხორცს. რეკომბინანტული დნმ ტექნოლოგიური პრაქტიკა იწვევს ეთიკურ შეშფოთებას ცხოველის ტკივილისა და დისკომფორტის გამო.

გენების რედაქტირება: გენების რედაქტირების ან გენომის რედაქტირების მაგალითია CRISPRან გროვდება რეგულარულად შუალედური შუა პალინდრომული განმეორებით. ეს პროცესი "ნასესხებია" მეთოდით, რომელსაც იყენებენ ბაქტერიები ვირუსებისგან თავის დასაცავად. იგი მოიცავს სამიზნე გენომის სხვადასხვა ნაწილის უაღრესად მიზანმიმართულ გენეტიკურ მოდიფიკაციას.

CRISPR– ში სახელმძღვანელო რიბონუკლეინის მჟავა (gRNA), მოლეკულა იგივე თანმიმდევრობით, რაც სამიზნე ადგილზეა გენომში, კომბინირებულია მასპინძელ უჯრედში ენდონუკლეაზასთან, რომელსაც Cas9 ეწოდება. GRNA დაუკავშირდება სამიზნე დნმ-ს ადგილს და მასთან ერთად გადაიყვანს Cas9. ამ გენომის რედაქტირებამ შეიძლება გამოიწვიოს ცუდი გენის "დაკაკუნება" (მაგალითად, კიბოს გამომწვევი ვარიანტი) და ზოგიერთ შემთხვევაში ცუდი გენის ჩანაცვლება სასურველი ვარიანტით.