Genetinė modifikacija: apibrėžimas, tipai, procesas, pavyzdžiai

A genas, žvelgiant iš pagrindinio biocheminio požiūrio, yra Deoksiribonukleorūgštis (DNR) kiekvienoje organizmo ląstelėje, turinčioje genetinį kodą tam tikram baltymų produktui surinkti. Funkcionalesniu ir dinamiškesniu lygiu genai lemia, kokie yra organizmai - gyvūnai, augalai, grybai ir net bakterijos - ir kam jiems lemta vystytis.

Nors genų elgsenai įtakos turi aplinkos veiksniai (pvz., Mityba) ir net kiti genai, jūsų sudėtis genetinė medžiaga didžiulis dalykas diktuoja apie save beveik viską, matomą ir nematytą, nuo jūsų kūno dydžio iki jūsų atsako į mikrobų įsibrovėjus, alergenus ir kitus išorinius veiksnius.

Todėl galimybė keisti, modifikuoti ar modifikuoti genus konkrečiais būdais suteiktų galimybę tai padaryti sukurti išskirtinai pritaikytus organizmus, įskaitant žmones, naudojant tam tikrus DNR derinius, kurie, žinoma, turi tam tikrų genai.

Organizmo pakeitimo procesas genotipas (laisvai tariant, atskirų genų suma) ir todėl genetinis „projektas“ yra žinomas kaip genetinė modifikacija

Susiję pokyčiai sukėlė tiek jaudulį dėl perspektyvos pagerinti žmonių sveikatą ir gyvenimo kokybę, tiek dėl daugybės sudėtingų ir neišvengiamų etikos problemų įvairiais aspektais.

Genetinė modifikacija yra bet koks procesas, kurio metu genai yra manipuliuojami, keičiami, ištrinami arba koreguojami tam, kad sustiprintų, pakeistų ar sureguliuotų tam tikras organizmo savybes. Tai manipuliavimas bruožais absoliučiu šaknies - arba ląstelių - lygiu.

Apsvarstykite skirtumą tarp įprasto plaukų formavimo tam tikru būdu ir galimybės kontroliuoti plaukų spalvą, ilgį ir bendras išdėstymas (pvz., tiesus ir garbanotas) nenaudojant jokių plaukų priežiūros produktų, o pasikliaujant tuo, kad suteikiate nematytų savo kūno instrukcijas, kaip pasiekti ir užtikrinti norimą kosmetikos rezultatą, ir jūs suprantate, kas yra genetinė modifikacija apie.

Kadangi DNR yra visuose gyvuose organizmuose, genų inžinerija gali būti atliekama su visais organizmais, pradedant bakterijomis, baigiant augalais ir baigiant žmonėmis.

Jums skaitant, genų inžinerijos lauke auga naujos galimybės ir praktika žemės ūkio, medicinos, gamybos ir kitose srityse.

Svarbu suprasti skirtumą tarp pažodžiui keičiančių genų ir elgesio taip, kad būtų išnaudotas esamas genas.

Daugelis genų neveikia nepriklausomai nuo aplinkos, kurioje gyvena pagrindinis organizmas. Mitybos įpročiai, įvairių rūšių stresai (pvz., Lėtinės ligos, kurios gali turėti arba neturėti savo genetinio pagrindo) ir kiti dalykai organizmai, su kuriais reguliariai susiduriama, gali paveikti genų raišką arba lygį, iki kurio genai naudojami baltyminiams produktams, kuriems jie yra pagaminti kodas.

Jei esate iš žmonių, kurie genetiškai linkę būti aukštesni ir sunkesni už vidutinius, šeimos ir siekiate sportinės karjeros sportui, kuris yra palankus stiprumą ir dydį, pvz., krepšinį ar ledo ritulį, galite pakelti svarmenis ir suvalgyti daug maisto, kad padidintumėte savo galimybes būti tokiam dideliam ir stipriam kaip įmanoma.

Bet tai skiriasi nuo galimybės į savo DNR įterpti naujų genų, kurie praktiškai garantuoja nuspėjamas raumenų ir kaulų augimo lygis ir galiausiai žmogus, turintis visus būdingus a bruožus sporto žvaigždė.

Egzistuoja daugybė genų inžinerijos metodų rūšių, ir ne visiems iš jų reikia manipuliuoti genetine medžiaga naudojant sudėtingą laboratorinę įrangą.

Tiesą sakant, bet koks procesas, apimantis aktyvų ir sistemingą manipuliavimą organizmu genofondasarba genų suma bet kurioje populiacijoje, kuri dauginasi dauginimosi būdu (t. y. lytiniu keliu), laikoma genų inžinerija. Kai kurie iš šių procesų, žinoma, yra pažangiausiose technologijose.

Dirbtinė atranka: Dirbtinė atranka taip pat vadinama paprasta selekcija arba selektyvia veisimu yra pirminių organizmų, turinčių žinomą genotipą, pasirinkimas susilaukti palikuonių tokiu kiekiu, kokio neatsirastų, jei inžinierius būtų tik gamta, arba bent jau ilgesnį laiką svarstyklės.

Kai ūkininkai ar šunų augintojai pasirenka veisiamus augalus ar gyvūnus, kad užtikrintų palikuonis savybes, kurias žmonės dėl kokių nors priežasčių pageidauja, jie praktikuoja kasdieninę genetinę formą modifikacija.

Sukelta mutagenezė: Tai yra rentgeno spindulių ar cheminių medžiagų naudojimas specifinių genų ar DNR bakterijų sekų mutacijoms (neplanuotiems, dažnai spontaniškiems DNR pokyčiams) sukelti. Dėl to gali būti atrasti genų variantai, kurie veikia geriau (arba, jei reikia, blogiau) nei „įprastas“ genas. Šis procesas gali padėti sukurti naujas organizmų „linijas“.

Nors mutacijos dažnai yra kenksmingos, jos taip pat yra pagrindinis Žemės genetinio kintamumo šaltinis. Dėl to, skatinant jų gausą, taip pat bus sukurtos mažiau tinkamų organizmų populiacijos padidina naudingos mutacijos tikimybę, kurią vėliau galima panaudoti žmogaus tikslams naudojant papildomą technikos.

Virusiniai arba plazmidiniai vektoriai: Mokslininkai gali įvesti geną į fagą (virusą, užkrečiantį bakterijas ar jų prokariotinius giminaičius, Archaea) arba plazmidė vektorių ir tada įdėkite modifikuotą plazmidę ar fagą į kitas ląsteles, kad į tas ląsteles būtų įvestas naujas genas.

Šie procesai apima didėjantį atsparumą ligoms, atsparumo antibiotikams įveikimą ir pagerinti organizmo gebėjimą atsispirti aplinkos veiksniams, tokiems kaip ekstremali temperatūra ir toksinai. Arba tokių vektorių naudojimas gali sustiprinti esamą charakteristiką, užuot sukūręs naują.

Naudojant augalų veisimo technologiją, augalą galima „įsakyti“ dažniau žydėti arba paskatinti bakterijas gaminti baltymą ar cheminę medžiagą, kurios paprastai nebūtų.

Retrovirusiniai vektoriai: Čia tam tikrų genų turinčios DNR dalys yra dedamos į šias specialias virusų rūšis, kurios vėliau genetinę medžiagą perneša į kito organizmo ląsteles. Ši medžiaga yra įtraukta į šeimininko genomą, kad jas būtų galima ekspresuoti kartu su likusia to organizmo DNR dalimi.

Kalbant aiškiai, tai reiškia, kad naudojant specialius fermentus reikia išskirti DNR-šeimininko grandinę, įterpti naują geną į spragą, susidariusią nukirpus ir prijungus DNR abiejuose geno galuose prie šeimininko DNR.

„Knock in, knock out“ technologija: Kaip rodo jo pavadinimas, tokio tipo technologijos leidžia visiškai arba iš dalies pašalinti tam tikras DNR dalis arba tam tikrus genus („išmušti“). Panašiai, šios genetinės modifikacijos formos inžinieriai gali pasirinkti, kada ir kaip įjungti („pasibelsti“) naują DNR sekciją ar naują geną.

Genų įpurškimas į besiformuojančius organizmus: Švirkščiant genus ar vektorius, kuriuose yra genų, į kiaušinius (oocitus), galima įtraukti naujus genus besivystančio embriono genomą, kurie dėl to pasireiškia organizme, kuris galiausiai rezultatus.

Genų klonavimas yra plazmidžių vektorių naudojimo pavyzdys. Plazmidės, kurios yra apvalūs DNR gabalėliai, yra išgaunamos iš bakterijų arba mielių ląstelių. Ribojimo fermentai, kurie yra baltymai, „supjaustantys“ DNR tam tikrose molekulės vietose, naudojami DNR nukirpti, sukuriant linijinę grandinę iš žiedinės molekulės. Tada norimo geno DNR „įklijuojama“ į plazmidę, kuri įvedama į kitas ląsteles.

Galiausiai tos ląstelės pradeda skaityti ir koduoti geną, kuris buvo dirbtinai pridėtas prie plazmidės.

Susijęs turinys: RNR apibrėžimas, funkcija, struktūra

Genų klonavimas apima keturis pagrindinius žingsnius. Šiame pavyzdyje jūsų tikslas yra sukelti padermę E. coli bakterijos, šviečiančios tamsoje. (Paprastai, žinoma, šios bakterijos neturi šios savybės; jei tai padarytų, tokios vietos kaip pasaulio kanalizacijos sistemos ir daugelis natūralių vandens kelių įgytų visiškai kitokį pobūdį, kaip E. coli yra paplitę žmogaus virškinimo trakte.)

1. Izoliuokite norimą DNR. Pirmiausia turite rasti arba sukurti geną, kuris koduoja baltymą, turintį reikiamą savybę - šiuo atveju švytintį tamsoje. Tam tikros medūzos gamina tokius baltymus, ir buvo nustatytas atsakingas genas. Šis genas vadinamas tikslinė DNR. Tuo pačiu metu turite nustatyti, kokią plazmidę naudosite; tai yra vektorinė DNR.

2. DNR atskaldykite naudodami restrikcijos fermentus. Šie minėti baltymai, dar vadinami restrikcijos endonukleazės, jų yra daug bakterijų pasaulyje. Šiame etape jūs naudojate tą pačią endonukleazę ir tikslinei DNR, ir vektorinei DNR.

Kai kurie iš šių fermentų perpjauna tiesiai per abi DNR molekulės grandines, o kitais atvejais jie padaro „laipsnišką“ pjūvį, paliekant nedidelius viengrandžių DNR ilgius. Pastarieji vadinami lipni galai.

3. Sujunkite tikslinę DNR ir vektorinę DNR. Dabar jūs sujungiate dviejų tipų DNR kartu su fermentu, vadinamu DNR ligazė, kuris veikia kaip įmantri klijų rūšis. Šis fermentas pakeičia endonukleazių darbą, sujungdamas molekulių galus. Rezultatas yra a chimeraarba sruoga rekombinantinė DNR.

• Žmogaus insuliną, be daugelio kitų gyvybiškai svarbių chemikalų, galima pagaminti naudojant rekombinantinę technologiją.

4. Įveskite rekombinantinę DNR į ląstelę-šeimininkę. Dabar jūs turite reikalingą geną ir priemonę jį perkelti ten, kur jis priklauso. Tarp jų yra keletas būdų tai padaryti transformacija, kuriame vadinamosios kompetentingos ląstelės šluoja naują DNR, ir elektroporacija, kurio metu elektros impulsas naudojamas trumpam sutrikdyti ląstelės membraną, kad DNR molekulė galėtų patekti į ląstelę.

Dirbtinis pasirinkimas: Šunų augintojai gali pasirinkti skirtingus bruožus, ypač kailio spalvą. Jei tam tikras Labradoro retriverių veisėjas pastebi tam tikros veislės spalvos paklausos padidėjimą, jis gali sistemingai veisti atitinkamą spalvą.

Genų terapija: Asmenyje, kurio genas yra sugedęs, į to žmogaus ląsteles galima įnešti darbinio geno kopiją, kad reikalingas baltymas būtų pagamintas naudojant svetimą DNR.

GM pasėliai: Genetinės modifikacijos žemės ūkio metodai gali būti naudojami genetiškai modifikuotiems (GM) pasėliams, tokiems kaip herbicidams atsparūs augalai, pasėliai, kurie duoda daugiau vaisių, sukurti palyginti su įprastu veisimu, atsparūs šalčiui GM augalai, geresnio derliaus derlius, didesnės maistinės vertės maisto produktai ir pan. ant.

Kalbant plačiau, XXI amžiuje genetiškai modifikuoti organizmai (GMO) išpopuliarėjo į Europos ir Amerikos rinkose dėl maisto saugos ir verslo etikos problemų, susijusių su genetine modifikacija pasėlių.

Genetiškai modifikuoti gyvūnai: Vienas iš genetiškai modifikuotų maisto produktų pavyzdžių gyvulininkystės pasaulyje yra viščiukų auginimas, kurie užauga didesni ir greičiau, kad gautų daugiau krūties mėsos. Rekombinantinė DNR technologija, tokia kaip ši, kelia etinių problemų dėl skausmo ir nepatogumų, kuriuos ji gali sukelti gyvūnams.

Genų redagavimas: Genų redagavimo arba genomo redagavimo pavyzdys yra CRISPRarba susitelkę reguliariai tarpais trumpi palindrominiai pakartojimai. Šis procesas yra „pasiskolintas“ iš metodo, kurį bakterijos taiko apsigynimui nuo virusų. Tai apima tikslinę skirtingų tikslinio genomo dalių genetinę modifikaciją.

CRISPR, orientacinė ribonukleino rūgštis (gRNR), molekulė su ta pačia seka, kaip ir genomo tikslinė vieta, ląstelėje šeimininkėje sujungiama su endonukleaze, vadinama Cas9. GRNR prisijungs prie tikslinės DNR vietos, tempdama Cas9 kartu su savimi. Dėl šio genomo redagavimo gali būti „išmuštas“ blogas genas (pvz., Variantas, susijęs su vėžio sukėlimu), o kai kuriais atvejais blogasis genas gali būti pakeistas pageidaujamu variantu.