Biotechnologijos ir genų inžinerija: apžvalga

Biotechnologijos yra gyvybės mokslo sritis, kuri naudoja gyvus organizmus ir biologines sistemas, kad sukurtų modifikuotus ar naujus organizmus ar naudingus produktus. Pagrindinis biotechnologijos komponentas yra genetinė inžinerija.

Populiari biotechnologijos samprata yra vienas eksperimentų, atliekamų laboratorijose ir pažangiausias pramonės pažanga, tačiau biotechnologija yra daug labiau integruota į daugumos žmonių kasdienį gyvenimą nei ji atrodo.

Gaunamos vakcinos, sojų padažas, sūris ir duona, kurią perkate maisto prekių parduotuvėje, plastikas jūsų kasdien aplinka, jūsų raukšlėms atsparūs medvilniniai drabužiai, valymas po naujienų apie išsiliejusius aliejus ir dar daugiau biotechnologijos. Visi jie „įdarbina“ gyvus mikrobus kurdami produktą.

Net Laimo ligos kraujo tyrimas, krūties vėžio chemoterapija ar insulino injekcija gali būti biotechnologijų rezultatas.

TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)

Biotechnologija remiasi genų inžinerijos sritimi, kuri modifikuoja DNR, kad pakeistų gyvų organizmų funkciją ar kitus bruožus.

Pirmieji to pavyzdžiai yra selektyvus augalų ir gyvūnų veisimas prieš tūkstančius metų. Šiandien mokslininkai redaguoja arba perduoda DNR iš vienos rūšies į kitą. Biotechnologija naudoja šiuos procesus įvairiose pramonės šakose, įskaitant mediciną, maistą ir žemės ūkį, gamybą ir biokurą.

Biotechnologija nebūtų įmanoma be genetinė inžinerija. Šiuolaikiškai tariant, šis procesas manipuliuoja ląstelių genetine informacija, naudodamas laboratorinius metodus, kad pakeistų gyvų organizmų bruožus.

Mokslininkai gali naudoti genų inžineriją, kad pakeistų organizmo išvaizdą, elgesį, funkcijas ar sąveiką su konkrečiomis medžiagomis ar dirgikliais jo aplinkoje. Genų inžinerija yra įmanoma visose gyvose ląstelėse; tai apima mikroorganizmus, tokius kaip bakterijos, ir atskiras daugialąsčių organizmų ląsteles, tokias kaip augalai ir gyvūnai. Net ir žmogaus genomas galima redaguoti naudojant šias technikas.

Kartais mokslininkai keičia genetinę informaciją ląstelėje tiesiogiai keisdami jos genus. Kitais atvejais vieno organizmo DNR gabalėliai yra implantuojami į kito organizmo ląsteles. Naujosios hibridinės ląstelės vadinamos transgeninis.

Genų inžinerija gali atrodyti kaip itin moderni technologinė pažanga, tačiau ji buvo naudojama dešimtmečius daugelyje sričių. Iš tikrųjų šiuolaikinės genų inžinerijos šaknys yra senovės žmonių praktikos, kurias Charlesas Darwinas pirmą kartą apibrėžė kaip dirbtinė atranka.

Dirbtinė atranka, kuri taip pat vadinama selektyvus veisimas, yra būdas sąmoningai pasirinkti poravimosi poras augalams, gyvūnams ar kitiems organizmams, atsižvelgiant į norimas savybes. Priežastis tai yra sukurti palikuonis, turinčius tuos bruožus, ir pakartoti procesą su ateinančiomis kartomis, siekiant palaipsniui stiprinti gyventojų bruožus.

Nors dirbtinei atrankai nereikia mikroskopijos ar kitos pažangios laboratorinės įrangos, tai yra veiksminga genų inžinerijos forma. Nors tai prasidėjo kaip senovės technika, žmonės ją naudoja iki šiol.

Dažniausi pavyzdžiai:

• Veisliniai gyvuliai.
• Gėlių veislių kūrimas.
• Veisliniai gyvūnai, pvz., Graužikai ar primatai, turintys specifinių pageidaujamų savybių, tokių kaip jautrumas ligoms, skirtiems tyrimams.

Pirmasis žinomas pavyzdys, kai žmonės užsiima dirbtine organizmo atranka, yra pakilimas Canis lupus familiaris, arba kaip plačiau žinoma, šuo. Maždaug prieš 32 000 metų žmonės Rytų Azijos rajone, kuris dabar yra Kinija, gyveno medžiotojų būreliuose. Laukiniai vilkai sekė žmonių grupes ir grobia skerdenas, kurias medžiotojai paliko.

Mokslininkai mano, kad greičiausiai žmonės leido gyventi tik paklusnius vilkus, kuriems grėsmė nebuvo. Tokiu būdu šunų šakojimasis nuo vilkų prasidėjo nuo savęs, kaip požymį turinčių asmenų, pasirinkimo tai leido jiems toleruoti žmonių buvimą tapo prijaukintais kompanionais medžiotojų rinkėjai.

Galų gale žmonės pradėjo tyčia prisijaukinti ir paskui veisti kartų šunis norimoms savybėms, ypač paklusnumui. Šunys tapo ištikimi ir apsaugantys žmonių palydovus. Per tūkstančius metų žmonės pasirinktinai augino juos atsižvelgdami į specifinius bruožus, tokius kaip kailio ilgis ir spalva, akių dydis ir snukio ilgis, kūno dydis, polinkis ir kt.

Prieš 32 000 metų prieš 32 000 metų į šunis išsiskyrę laukiniai Rytų Azijos vilkai sudaro beveik 350 skirtingų šunų veislių. Tie ankstyvieji šunys yra labiausiai genetiškai susiję su šiuolaikiniais šunimis, vadinamais Kinijos vietiniais.

Dirbtinė atranka kitais būdais pasireiškė ir senovės žmonių kultūrose. Žmonės, žengdami į žemės ūkio visuomenes, naudojo dirbtinę atranką su vis daugiau augalų ir gyvūnų rūšių.

Jie prijaukino gyvūnus, augindami juos iš kartos į kartą, tik kergdami palikuonis, turinčius norimų bruožų. Šios savybės priklausė nuo gyvūno paskirties. Pavyzdžiui, šiuolaikiniai prijaukinti arkliai daugelyje kultūrų dažniausiai naudojami kaip transportavimo ir pakavimo gyvūnai, dalis gyvūnų grupės, paprastai vadinamos naštos žvėrys.

Todėl savybės, kurių galėjo ieškoti arklių augintojai, yra paklusnumas ir jėga, taip pat tvirtumas šaltyje ar karštyje ir gebėjimas veistis nelaisvėje.

Senovės visuomenės genų inžineriją naudojo ir kitais būdais, išskyrus dirbtinę atranką. Prieš 6000 metų egiptiečiai mieles naudojo duonai rauginti, o raugintos mielės - vynui ir alui gaminti.

Šiuolaikinė genų inžinerija vyksta laboratorijoje, o ne selektyvaus veisimo būdu, nes genai yra nukopijuota ir perkelta iš vienos DNR dalies į kitą arba iš vieno organizmo ląstelės į kitą organizmo DNR. Tai priklauso nuo DNR žiedo, vadinamo a plazmidė.

Plazmidės yra bakterijų ir mielių ląstelėse ir yra atskirai nuo chromosomų. Nors abiejose yra DNR, plazmidės paprastai nėra būtinos, kad ląstelė galėtų išgyventi. Nors bakterijų chromosomose yra tūkstančiai genų, plazmidėse yra tik tiek genų, kiek galėtumėte suskaičiuoti iš vienos rankos. Tai daro juos daug paprasčiau manipuliuoti ir analizuoti.

Aštuntojo dešimtmečio atradimas restrikcijos endonukleazės, taip pat žinomas kaip restrikcijos fermentai, paskatino genų redagavimo proveržį. Šie fermentai supjausto DNR tam tikrose grandinės vietose bazių poros.

Pagrindo poros yra sujungtos nukleotidai kurios sudaro DNR grandinę. Priklausomai nuo bakterijų rūšies, restrikcijos fermentas bus specializuotas atpažinti ir iškirpti skirtingas bazių porų sekas.

Susijęs turinys: Molekulinės biologijos apibrėžimas

Mokslininkai atrado, kad jie galėjo panaudoti restrikcijos fermentus, kad išpjautų plazmidės žiedų gabalus. Tada jie galėjo įvesti DNR iš kito šaltinio.

Kitas fermentas vadinamas DNR ligazė pritvirtina svetimą DNR prie pradinės plazmidės tuščiame tarpelyje, kurį palieka trūkstama DNR seka. Galutinis šio proceso rezultatas yra plazmidė su svetimu geno segmentu, kuri vadinama a vektorius.

Jei DNR šaltinis buvo kita rūšis, vadinama nauja plazmidė rekombinantinė DNRarba a chimera. Kai plazmidė vėl įvedama į bakterijų ląstelę, nauji genai yra išreikšti taip, tarsi bakterija visada būtų turėjusi tokią genetinę struktūrą. Kai bakterija dauginasi ir dauginasi, genas taip pat bus nukopijuotas.

Jei tikslas yra įvesti naują DNR į organizmo, kuris nėra bakterija, ląstelę, reikia skirtingų metodų. Vienas iš jų yra a genų ginklas, kuris augalų ar gyvūnų audiniuose susprogdina labai mažas sunkiųjų metalų elementų daleles, padengtas rekombinantine DNR.

Dar dviem metodams reikia panaudoti infekcinių ligų procesų galią. Bakterinis štamas vadinamas Agrobacterium tumefaciens užkrečia augalus, todėl augale auga augliai. Mokslininkai pašalina ligą sukeliančius genus iš plazmidės, atsakingos už navikus, vadinamus Tiarba auglį sukeliančią plazmidę. Jie pakeičia šiuos genus bet kokiais genais, kuriuos nori pernešti į augalą, kad augalas „užsikrėstų“ norima DNR.

Susijęs turinys: Ląstelių biologija: prokariotinių ir eukariotinių ląstelių apžvalga

Virusai dažnai įsiskverbia į kitas ląsteles - nuo bakterijų iki žmogaus ląstelių - ir įterpia savo DNR. A virusinis vektorius mokslininkai naudoja DNR perkelti į augalo ar gyvūno ląstelę. Ligą sukeliantys genai pašalinami ir pakeičiami norimais genais, kurie gali apimti žymenio genus, signalizuojančius, kad perėjimas įvyko.

Pirmasis šiuolaikinės genetinės modifikacijos atvejis buvo 1973 m., Kai Herbertas Boyeris ir Stanley'is Cohenas perkėlė geną iš vienos bakterijos padermės į kitą. Genas kodavo atsparumą antibiotikams.

Kitais metais mokslininkai sukūrė pirmąjį genetiškai modifikuoto gyvūno atvejį, kai Rudolfas Jaenischas ir Beatrice Mintz sėkmingai įterpė svetimą DNR į pelių embrionus.

Mokslininkai pradėjo taikyti genų inžineriją plačiame organizmų lauke, naudodamiesi daugybe naujų technologijų. Pavyzdžiui, jie sukūrė augalus, atsparius herbicidams, kad ūkininkai galėtų purkšti piktžoles nepažeisdami savo pasėlių.

Jie taip pat modifikavo maisto produktus, ypač daržoves ir vaisius, kad jie užaugtų daug didesni ir tarnautų ilgiau nei nemodifikuoti pusbroliai.

Genų inžinerija yra biotechnologijos pagrindas, nes biotechnologijų pramonė yra bendra sritis, apimanti kitų gyvų rūšių naudojimą žmonių poreikiams.

Jūsų protėviai iš tūkstančių metų senumo, selektyviai veisdami šunis ar tam tikras kultūras, naudojosi biotechnologijomis. Taip pat yra šių dienų ūkininkai ir šunų augintojai, taip pat bet kuri kepykla ar vyninė.

Susijęs turinys: Kaip susisiekti su savo atstovu apie klimato pokyčius

Kuro šaltiniams naudojama pramoninė biotechnologija; čia atsiranda terminas „biokuras“. Mikroorganizmai vartoja riebalus ir paverčia juos etanoliu, kuris yra sunaudojamas kuro šaltinis.

Fermentai naudojami chemikalams gaminti su mažiau atliekų ir sąnaudomis nei tradiciniai metodai, arba norint išvalyti gamybos procesus, skaidant šalutinius cheminius produktus.

Nuo kamieninių ląstelių gydymo iki patobulintų kraujo tyrimų iki įvairių vaistų, sveikatos priežiūros veidą pakeitė biotechnologijos. Medicinos biotechnologijų įmonės naudoja mikrobus kurdami naujus vaistus, pvz monokloniniai antikūnai (šie vaistai vartojami įvairioms ligoms gydyti, įskaitant vėžį), antibiotikams, vakcinoms ir hormonams.

Didelė medicinos pažanga buvo sintetinio insulino sukūrimo procesas, pasitelkiant genų inžineriją ir mikrobus. Žmogaus insulino DNR įterpiama į bakterijas, kurios dauginasi, auga ir gamina insuliną, kol insuliną bus galima surinkti ir išvalyti.

1991 m. Ingo Potrykus panaudojo žemės ūkio biotechnologijų tyrimus kurdamas ryžius, kurie yra sustiprinti beta karotenu, kurį organizmas virsta vitaminu A ir yra idealus auginti Azijos šalyse, kur vaikų apakimas nuo vitamino A trūkumo yra ypatingas dalykas. problema.

Nesusipratimas tarp mokslo bendruomenės ir visuomenės sukėlė daug diskusijų dėl genetiškai modifikuotų organizmų arba GMO. Buvo tokia baimė ir pasipiktinimas dėl a genetiškai modifikuotą maisto produktą, pavyzdžiui, auksinius ryžius, kaip jie vadinami, kad, nepaisant to, kad augalai buvo paruošti platinti Azijos ūkininkams 1999 m., įvyko.