Ģenētiskā modifikācija: definīcija, veidi, process, piemēri

A gēnsno bioķīmiska pamata viedokļa ir dezoksiribonukleīnskābe (DNS) katrā organisma šūnā, kas satur ģenētisko kodu konkrēta olbaltumvielu produkta savākšanai. Funkcionālākā un dinamiskākā līmenī gēni nosaka, kas ir organismi - dzīvnieki, augi, sēnītes un pat baktērijas - un par ko tiem ir lemts attīstīties.

Kaut arī gēnu uzvedību ietekmē vides faktori (piemēram, uzturs) un pat citi gēni, jūsu sastāvs ģenētiskais materiāls pārliecinoši diktē gandrīz visu, kas jums ir redzams un neredzēts, sākot no ķermeņa lieluma līdz reakcijai uz mikrobu iebrucējiem, alergēniem un citiem ārējiem faktoriem.

Spēja mainīt, modificēt vai pārveidot gēnus īpašos veidos tādējādi ieviestu iespēju to darīt izveidot izsmalcināti pielāgotus organismus, tostarp cilvēkus, izmantojot noteiktas DNS kombinācijas, kas, kā zināms, satur noteiktus gēni.

Organisma mainīšanas process genotips (brīvi sakot, tā atsevišķo gēnu summa) un līdz ar to tā ģenētiskais "plāns" ir pazīstams kā ģenētiskā modifikācija. Ko sauc arī par gēnu inženierija

Saistītie notikumi ir aizraujoši gan par uztraukumu par cilvēku veselības un dzīves kvalitātes uzlabošanu, gan par daudzām asām un neizbēgamām ētikas problēmām dažādās jomās.

Ģenētiskā modifikācija ir jebkurš process, kurā ar gēniem tiek manipulēts, mainīts, izdzēsts vai pielāgots, lai pastiprinātu, mainītu vai pielāgotu noteiktu organisma īpašību. Tā ir manipulācija ar īpašībām absolūtā saknes jeb šūnu līmenī.

Apsveriet atšķirību starp regulāru matu veidošanu noteiktā veidā un iespēju kontrolēt matu krāsu, garumu un vispārējs izkārtojums (piem., taisni pret cirtaini), neizmantojot nekādus matu kopšanas līdzekļus, tā vietā paļaujoties uz to, ka dodat neredzētus ķermeņa instrukcijas par to, kā panākt un nodrošināt vēlamo kosmētikas rezultātu, un jūs iegūstat priekšstatu par to, kas ir ģenētiskā modifikācija par.

Tā kā visi dzīvie organismi satur DNS, gēnu inženieriju var veikt visiem organismiem, sākot no baktērijām līdz augiem un beidzot ar cilvēkiem.

Lasot to, gēnu inženierijas sfērā ir jaunas iespējas un prakse lauksaimniecības, medicīnas, ražošanas un citās jomās.

Ir svarīgi saprast atšķirību starp burtiski maināmiem gēniem un izturēšanos tādā veidā, kas izmanto esošā gēna priekšrocības.

Daudzi gēni nedarbojas neatkarīgi no vides, kurā dzīvo vecākais organisms. Uztura paradumi, dažāda veida stresa (piemēram, hroniskas slimības, kurām var būt ģenētiskais pamats vai nav) un citas lietas organismi, ar kuriem regulāri saskaras, var ietekmēt gēnu ekspresiju vai līmeni, kādā gēni tiek izmantoti, lai ražotu olbaltumvielu produktus, kuriem tie ir kods.

Ja jūs nākat no tādu cilvēku ģimenes, kuriem ģenētiski ir tendence būt garākiem un smagākiem nekā vidēji, un jūs tiecaties uz sportista karjeru sportā, kas dod priekšroku spēks un lielums, piemēram, basketbols vai hokejs, jūs varat pacelt svaru un ēst spēcīgu pārtikas daudzumu, lai palielinātu savas iespējas būt tik lielam un spēcīgam kā iespējams.

Bet tas atšķiras no iespējas ievietot jaunus gēnus savā DNS, kas faktiski garantē a paredzams muskuļu un kaulu augšanas līmenis un, visbeidzot, cilvēks ar visām tipiskajām a sporta zvaigzne.

Pastāv daudzu veidu gēnu inženierijas paņēmieni, un ne visiem no tiem ir nepieciešama manipulācija ar ģenētisko materiālu, izmantojot sarežģītu laboratorijas aprīkojumu.

Faktiski jebkurš process, kas saistīts ar aktīvu un sistemātisku organisma manipulāciju genofondsvai gēnu summa jebkurā populācijā, kas vairojas vairošanās ceļā (t.i., seksuāli), ir kvalificējama kā gēnu inženierija. Daži no šiem procesiem, protams, patiešām ir tehnoloģiju līderi.

Mākslīgā atlase: Mākslīgā atlase tiek saukta arī par vienkāršu selekciju vai selektīvu selekciju - vecāku organismu ar zināmu genotipu izvēle radīt pēcnācējus tādā daudzumā, kāds nenotiktu, ja inženieris būtu tikai daba, vai arī tas notiktu vismaz daudz ilgākā laikā svari.

Kad lauksaimnieki vai suņu audzētāji izvēlas, kādus augus vai dzīvniekus audzēt, lai droši nodrošinātu pēcnācējus īpašības, kuras cilvēkiem kāda iemesla dēļ šķiet vēlamas, viņi praktizē ikdienas ģenētisko formu modifikācija.

Izraisīta mutagēze: Tas ir rentgena staru vai ķīmisko vielu izmantošana, lai izraisītu mutācijas (neplānotas, bieži spontānas izmaiņas DNS) noteiktos baktēriju gēnos vai DNS sekvencēs. Tā rezultātā var atklāt gēnu variantus, kas darbojas labāk (vai, ja nepieciešams, sliktāk) nekā “parastais” gēns. Šis process var palīdzēt izveidot jaunas organismu "līnijas".

Lai gan mutācijas bieži ir kaitīgas, tās ir arī galvenais dzīves ģenētiskās mainības avots uz Zemes. Tā rezultātā, izraisot tos lielā skaitā, vienlaikus radot arī mazāk derīgu organismu populācijas palielina labvēlīgas mutācijas iespējamību, ko pēc tam var izmantot cilvēku vajadzībām, izmantojot papildu paņēmieni.

Vīrusu vai plazmīdu vektori: Zinātnieki var ievadīt gēnu fāgā (vīruss, kas inficē baktērijas vai to prokariotu radiniekus, Archaea) vai plazmīds vektoru un pēc tam ievieto modificēto plazmīdu vai fāgu citās šūnās, lai šajās šūnās ievadītu jauno gēnu.

Šo procesu pielietošana ietver paaugstinātu izturību pret slimībām, antibiotiku rezistences pārvarēšanu un uzlabojot organisma spēju pretoties vides stresa faktoriem, piemēram, ekstremālām temperatūrām un toksīni. Alternatīvi šādu vektoru izmantošana var pastiprināt esošo raksturlielumu, nevis radīt jaunu.

Izmantojot augu selekcijas tehnoloģiju, augu var "pasūtīt" biežāk ziedēt, vai arī baktērijas var izraisīt tādu olbaltumvielu vai ķīmisko vielu ražošanu, kādas tās parasti nebūtu.

Retrovīrusu vektori: Šeit DNS daļas, kas satur noteiktus gēnus, tiek ievietotas šajos īpašajos vīrusu veidos, kas pēc tam transportē ģenētisko materiālu cita organisma šūnās. Šis materiāls ir iekļauts saimniekorganisma genomā, lai tos varētu izteikt kopā ar pārējo DNS šajā organismā.

Vienkārši runājot, tas ietver saimnieka DNS virknes izgriešanu, izmantojot īpašus enzīmus, ievietojot jauno gēnu spraugā, kas izveidota, izgriežot un piestiprinot DNS abos gēna galos saimniekam DNS.

Tehnoloģija "iesist, izsist": Kā liecina nosaukums, šāda veida tehnoloģija ļauj pilnībā vai daļēji izdzēst noteiktas DNS sadaļas vai noteiktus gēnus ("izsist"). Līdzīgi, cilvēka inženieri, kas slēpjas šajā ģenētiskās modifikācijas formā, var izvēlēties, kad un kā ieslēgt ("iesist") jaunu DNS sadaļu vai jaunu gēnu.

Gēnu injicēšana topošajos organismos: Injicējot gēnus vai vektorus, kas satur gēnus, olās (oocītos) var iekļaut jaunos gēnus attīstošā embrija genoms, kas tādējādi izpaužas organismā, kas galu galā rezultātiem.

Gēnu klonēšana ir plazmīdu vektoru izmantošanas piemērs. Plazmīdus, kas ir apļveida DNS gabali, ekstrahē no baktēriju vai rauga šūnas. Ierobežojošie enzīmi, kas ir olbaltumvielas, kas “sagriež” DNS noteiktās vietās gar molekulu, tiek izmantoti DNS izgriešanai, no apļveida molekulas izveidojot lineāru virkni. Tad vēlamā gēna DNS "ielīmē" plazmīdā, kas tiek ievadīts citās šūnās.

Visbeidzot, šīs šūnas sāk lasīt un kodēt gēnu, kas tika mākslīgi pievienots plazmīdai.

Saistīts saturs: RNS definīcija, funkcija, struktūra

Gēnu klonēšana ietver četrus pamata soļus. Šajā piemērā jūsu mērķis ir radīt celmu E. koli baktērijas, kas spīd tumsā. (Parasti šīm baktērijām, protams, nav šīs īpašības; ja tā būtu, tādas vietas kā pasaules kanalizācijas sistēmas un daudzi tās dabiskie ūdensceļi iegūtu izteikti atšķirīgu raksturu, kā E. koli ir izplatītas cilvēka kuņģa-zarnu traktā.)

1. Izolējiet vēlamo DNS. Pirmkārt, jums jāatrod vai jāizveido gēns, kas kodē olbaltumvielu ar nepieciešamo īpašību - šajā gadījumā - kvēlojošu tumsā. Dažas medūzas ražo šādus proteīnus, un ir identificēts atbildīgais gēns. Šo gēnu sauc par mērķa DNS. Tajā pašā laikā jums jānosaka, kādu plazmīdu izmantosiet; tas ir vektoru DNS.

2. Atdaliet DNS, izmantojot restrikcijas enzīmus. Šīs iepriekš minētās olbaltumvielas, sauktas arī par ierobežošanas endonukleāzes, baktēriju pasaulē ir daudz. Šajā solī jūs izmantojat to pašu endonukleāzi, lai sagrieztu gan mērķa DNS, gan vektora DNS.

Daži no šiem enzīmiem sagriež taisni pāri abiem DNS molekulas pavedieniem, bet citos gadījumos tie veic "pakāpenisku" griezumu, atstājot nelielus viengabala DNS garumus. Tiek saukti pēdējie lipīgi gali.

3. Apvienojiet mērķa DNS un vektoru DNS. Tagad jūs apvienojat abus DNS veidus kopā ar fermentu, ko sauc DNS ligāze, kas darbojas kā sarežģīts līmes veids. Šis ferments apvērš endonukleāžu darbu, savienojot molekulu galus kopā. Rezultāts ir a himera, vai virkne rekombinantā DNS.

• Cilvēka insulīnu, starp daudzām citām svarīgām ķīmiskām vielām, var izgatavot, izmantojot rekombinanto tehnoloģiju.

4. Ievada rekombinanto DNS saimniekšūnā. Tagad jums ir nepieciešamais gēns un līdzekļi, lai to nogādātu vietā, kur tas pieder. Starp tiem ir vairāki veidi, kā to izdarīt transformācija, kurā tā dēvētās kompetentās šūnas slauca jauno DNS, un elektroporācija, kurā elektrības pulss tiek izmantots, lai īslaicīgi izjauktu šūnas membrānu, lai DNS molekula varētu iekļūt šūnā.

Mākslīgā atlase: Suņu audzētāji var izvēlēties dažādas īpašības, it īpaši mēteļa krāsu. Ja kāds labradoras retrīveru audzētājs redz pieprasījuma pieaugumu pēc noteiktas šķirnes krāsas, viņš var sistemātiski audzēt attiecīgo krāsu.

Gēnu terapija: Cilvēkam ar bojātu gēnu darba gēna kopiju var ievietot šīs personas šūnās, lai nepieciešamo olbaltumvielu varētu izgatavot, izmantojot svešu DNS.

ĢM kultūras: Ģenētiski modificētas lauksaimniecības metodes var izmantot, lai izveidotu ģenētiski modificētas (ĢM) kultūras, piemēram, augus, kas izturīgi pret herbicīdiem, kultūrām, kas dod vairāk augļu salīdzinot ar parasto selekciju, ģenētiski modificēti augi, kas ir izturīgi pret aukstumu, kultūraugi ar uzlabotu kopējo ražas ražu, pārtikas produkti ar augstāku uzturvērtību utt. ieslēgts.

Plašāk runājot, 21. gadsimtā ģenētiski modificētie organismi (ĢMO) ir uzplaukuši Gan pārtikas nekaitīguma, gan uzņēmējdarbības ētikas apsvērumu dēļ, kas saistīti ar ģenētisko modifikāciju, Eiropas un Amerikas tirgos kultūraugu.

Ģenētiski modificēti dzīvnieki: Viens no ĢM pārtikas piemēriem lopkopības pasaulē ir cāļu audzēšana, kas aug lielākas un ātrāk, lai iegūtu vairāk krūšu gaļas. Rekombinantā DNS tehnoloģija, tāda kā šī, rada ētiskas bažas sāpju un diskomforta dēļ, ko tā var radīt dzīvniekiem.

Gēnu rediģēšana: Gēnu rediģēšanas vai genoma rediģēšanas piemērs ir CRISPRvai grupēti regulāri starpsienas īsie palindromiskie atkārtojumi. Šis process ir "aizņemts" no metodes, ko baktērijas izmanto, lai aizsargātos pret vīrusiem. Tas ir saistīts ar mērķtiecīgu mērķa genoma dažādu daļu ģenētisku modifikāciju.

CRISPR vadošā ribonukleīnskābe (gRNS), molekula ar tādu pašu secību kā mērķa vieta genomā, saimnieka šūnā tiek apvienota ar endonukleāzi, ko sauc par Cas9. GRNS saistīsies ar mērķa DNS vietni, velkot līdzi Cas9. Šīs genoma rediģēšanas rezultātā var tikt "izsists" slikts gēns (piemēram, variants, kas saistīts ar vēža izraisīšanu) un dažos gadījumos ļauj slikto gēnu aizstāt ar vēlamo variantu.