Biotechnologie en genetische manipulatie: een overzicht

Biotechnologie is een gebied van life science dat levende organismen en biologische systemen gebruikt om gewijzigde of nieuwe organismen of nuttige producten te creëren. Een belangrijk onderdeel van biotechnologie is: genetische manipulatie.

Het populaire concept van biotechnologie is een van de experimenten die plaatsvinden in laboratoria en geavanceerde technologie industriële vooruitgang, maar biotechnologie is veel meer geïntegreerd in het dagelijks leven van de meeste mensen dan het lijkt.

De vaccins die je krijgt, de sojasaus, kaas en brood die je in de supermarkt koopt, het plastic in je dagelijkse milieu, uw kreukvrije katoenen kleding, het opruimen na nieuws over olierampen en meer zijn allemaal voorbeelden van: biotechnologie. Ze "gebruiken" allemaal levende microben om een ​​product te maken.

Zelfs een bloedonderzoek bij de ziekte van Lyme, een chemotherapiebehandeling bij borstkanker of een insuline-injectie kunnen het resultaat zijn van biotechnologie.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Biotechnologie is gebaseerd op het gebied van genetische manipulatie, waarbij DNA wordt gewijzigd om de functie of andere eigenschappen van levende organismen te veranderen.

Vroege voorbeelden hiervan zijn het selectief fokken van planten en dieren duizenden jaren geleden. Tegenwoordig bewerken of brengen wetenschappers DNA over van de ene soort naar de andere. Biotechnologie maakt gebruik van deze processen voor een breed scala aan industrieën, waaronder medicijnen, voedsel en landbouw, productie en biobrandstoffen.

Biotechnologie zou niet mogelijk zijn zonder genetische manipulatie. In moderne termen manipuleert dit proces de genetische informatie van cellen met behulp van laboratoriumtechnieken om de eigenschappen van levende organismen te veranderen.

Wetenschappers kunnen genetische manipulatie gebruiken om de manier waarop een organisme eruitziet, zich gedraagt, functioneert of interageert met specifieke materialen of stimuli in zijn omgeving te veranderen. Genetische manipulatie is mogelijk in alle levende cellen; dit omvat micro-organismen zoals bacteriën en individuele cellen van meercellige organismen, zoals planten en dieren. Zelfs de menselijk genoom kunnen worden bewerkt met behulp van deze technieken.

Soms veranderen wetenschappers genetische informatie in een cel door de genen direct te veranderen. In andere gevallen worden stukjes DNA van het ene organisme in de cellen van een ander organisme geïmplanteerd. De nieuwe hybride cellen heten transgeen.

Genetische manipulatie lijkt misschien een ultramoderne technologische vooruitgang, maar het is al tientallen jaren in gebruik op tal van gebieden. In feite heeft moderne genetische manipulatie zijn wortels in oude menselijke praktijken die voor het eerst werden gedefinieerd door Charles Darwin als: kunstmatige selectie.

Kunstmatige selectie, ook wel selectief fokken, is een methode om bewust paringsparen voor planten, dieren of andere organismen te kiezen op basis van gewenste eigenschappen. De reden om dit te doen is om nakomelingen te creëren met die eigenschappen, en om het proces te herhalen met toekomstige generaties om de eigenschappen in de populatie geleidelijk te versterken.

Hoewel kunstmatige selectie geen microscopie of andere geavanceerde laboratoriumapparatuur vereist, is het een effectieve vorm van genetische manipulatie. Hoewel het begon als een oude techniek, gebruiken mensen het vandaag nog steeds.

Veelvoorkomende voorbeelden zijn:

• Het fokken van vee.
• Bloemsoorten maken.
• Het fokken van dieren, zoals knaagdieren of primaten, met specifieke gewenste eigenschappen zoals vatbaarheid voor ziekten voor onderzoeksstudies.

Het eerste bekende voorbeeld van mensen die zich bezighouden met de kunstmatige selectie van een organisme is de opkomst van Canis lupus familiaris, of zoals het beter bekend is, de hond. Ongeveer 32.000 jaar geleden leefden mensen in een gebied van Oost-Azië dat nu China is, in groepen van jager-verzamelaars. Wilde wolven volgden de menselijke groepen en aasden op karkassen die jagers achterlieten.

Wetenschappers denken dat het zeer waarschijnlijk is dat mensen alleen de volgzame wolven lieten leven die geen bedreiging vormden. Op deze manier begon de vertakking van honden van wolven door zelfselectie, aangezien de individuen met de eigenschap waardoor ze de aanwezigheid van mensen konden tolereren, werden de gedomesticeerde metgezellen van de jager-verzamelaars.

Uiteindelijk begonnen mensen opzettelijk generaties honden te domesticeren en vervolgens te fokken voor gewenste eigenschappen, vooral volgzaamheid. Honden werden loyale en beschermende metgezellen voor mensen. Gedurende duizenden jaren hebben mensen ze selectief gefokt voor specifieke eigenschappen zoals vachtlengte en -kleur, ooggrootte en snuitlengte, lichaamsgrootte, aanleg en meer.

De wilde wolven van Oost-Azië van 32.000 jaar geleden die 32.000 jaar geleden werden opgesplitst in honden, omvatten bijna 350 verschillende hondenrassen. Die vroege honden zijn genetisch het nauwst verwant aan de moderne honden die Chinese inheemse honden worden genoemd.

Kunstmatige selectie manifesteerde zich ook op andere manieren in oude menselijke culturen. Toen mensen naar agrarische samenlevingen trokken, maakten ze gebruik van kunstmatige selectie met een toenemend aantal plant- en diersoorten.

Ze domesticeerden dieren door ze generatie na generatie te fokken en alleen de nakomelingen te paren die de gewenste eigenschappen vertoonden. Deze eigenschappen waren afhankelijk van het doel van het dier. Moderne gedomesticeerde paarden worden bijvoorbeeld in veel culturen vaak gebruikt als transport- en als lastdier, onderdeel van een groep dieren die gewoonlijk lastdieren.

Daarom zijn eigenschappen waar paardenfokkers naar hebben gezocht, volgzaamheid en kracht, evenals robuustheid in kou of hitte, en het vermogen om in gevangenschap te fokken.

Oude samenlevingen gebruikten genetische manipulatie ook op andere manieren dan kunstmatige selectie. 6000 jaar geleden gebruikten de Egyptenaren gist om brood te gisten en gefermenteerde gist om wijn en bier te maken.

Moderne genetische manipulatie gebeurt in een laboratorium in plaats van door selectieve veredeling, omdat genen dat zijn gekopieerd en verplaatst van het ene stuk DNA naar het andere, of van de cel van het ene organisme naar die van een ander organisme DNA. Dit is gebaseerd op een ring van DNA genaamd a plasmide.

Plasmiden zijn aanwezig in bacteriële en gistcellen en zijn gescheiden van chromosomen. Hoewel beide DNA bevatten, zijn plasmiden meestal niet nodig voor de cel om te overleven. Terwijl bacteriële chromosomen duizenden genen bevatten, bevatten plasmiden slechts zoveel genen als je op één hand zou kunnen tellen. Dit maakt ze veel eenvoudiger te manipuleren en te analyseren.

De ontdekking in de jaren zestig van restrictie endonucleasen, ook gekend als restrictie-enzymen, leidde tot een doorbraak in genbewerking. Deze enzymen knippen DNA op specifieke locaties in de keten van basenparen.

Basenparen zijn de gebonden nucleotiden die de DNA-streng vormen. Afhankelijk van de bacteriesoort zal het restrictie-enzym gespecialiseerd zijn in het herkennen en knippen van verschillende sequenties van basenparen.

Gerelateerde inhoud: De definitie van moleculaire biologie

Wetenschappers ontdekten dat ze de restrictie-enzymen konden gebruiken om stukjes van de plasmideringen uit te knippen. Vervolgens konden ze DNA uit een andere bron inbrengen.

Een ander enzym genaamd DNA-ligase hecht het vreemde DNA aan het oorspronkelijke plasmide in de lege ruimte die is achtergelaten door de ontbrekende DNA-sequentie. Het eindresultaat van dit proces is een plasmide met een vreemd gensegment, dat a. wordt genoemd vector.

Als de DNA-bron een andere soort was, wordt het nieuwe plasmide genoemd recombinant DNA, of een hersenschim. Zodra het plasmide opnieuw in de bacteriecel is geïntroduceerd, worden de nieuwe genen uitgedrukt alsof de bacterie die genetische samenstelling altijd had gehad. Naarmate de bacterie zich vermenigvuldigt en vermenigvuldigt, wordt ook het gen gekopieerd.

Als het doel is om het nieuwe DNA te introduceren in de cel van een organisme dat geen bacterie is, zijn verschillende technieken vereist. Een van deze is een genenkanon, die zeer kleine deeltjes van zware metalen elementen die zijn bedekt met het recombinante DNA op plantaardig of dierlijk weefsel schiet.

Twee andere technieken vereisen het benutten van de kracht van infectieziekteprocessen. Een bacteriestam genaamd Agrobacterium tumefaciens infecteert planten, waardoor tumoren in de plant groeien. Wetenschappers verwijderen de ziekteveroorzakende genen uit het plasmide dat verantwoordelijk is voor de tumoren, de zogenaamde Ti, of tumor-inducerend plasmide. Ze vervangen deze genen door alle genen die ze in de plant willen overbrengen, zodat de plant "geïnfecteerd" raakt met het gewenste DNA.

Gerelateerde inhoud: Celbiologie: een overzicht van prokaryotische en eukaryote cellen Cell

Virussen dringen vaak andere cellen binnen, van bacteriën tot menselijke cellen, en brengen hun eigen DNA in. EEN virale vector wordt door wetenschappers gebruikt om DNA over te brengen naar een plantaardige of dierlijke cel. De ziekteverwekkende genen worden verwijderd en vervangen door de gewenste genen, die markergenen kunnen bevatten om aan te geven dat de overdracht heeft plaatsgevonden.

Het eerste voorbeeld van moderne genetische modificatie was in 1973, toen Herbert Boyer en Stanley Cohen een gen van de ene bacteriestam naar de andere overbrachten. Het gen dat codeert voor antibioticaresistentie.

Het jaar daarop creëerden wetenschappers het eerste exemplaar van een genetisch gemodificeerd dier, toen Rudolf Jaenisch en Beatrice Mintz met succes vreemd DNA in muizenembryo's inbrachten.

Wetenschappers begonnen genetische manipulatie toe te passen op een breed veld van organismen, voor een groeiend aantal nieuwe technologieën. Ze ontwikkelden bijvoorbeeld planten met herbicideresistentie, zodat boeren konden sproeien voor onkruid zonder hun gewassen te beschadigen.

Ze veranderden ook voedsel, vooral groenten en fruit, zodat ze veel groter zouden worden en langer meegaan dan hun ongewijzigde neven.

Genetische manipulatie is de basis van biotechnologie, aangezien de biotechnologie-industrie in algemene zin een enorm gebied is waarbij gebruik wordt gemaakt van andere levende soorten voor de behoeften van de mens.

Uw voorouders van duizenden jaren geleden die selectief honden fokten of bepaalde gewassen maakten gebruik van biotechnologie. Dat geldt ook voor moderne boeren en hondenfokkers, en dat geldt ook voor elke bakkerij of wijnmakerij.

Gerelateerde inhoud: Contact opnemen met uw vertegenwoordiger over klimaatverandering

Industriële biotechnologie wordt gebruikt voor brandstofbronnen; hier komt de term "biobrandstoffen" vandaan. Micro-organismen consumeren vetten en zetten ze om in ethanol, een verbruikbare brandstofbron.

Enzymen worden gebruikt om chemicaliën te produceren met minder afval en minder kosten dan traditionele methoden, of om productieprocessen op te schonen door chemische bijproducten af ​​te breken.

Van stamcelbehandelingen tot verbeterde bloedtesten tot een verscheidenheid aan geneesmiddelen, het gezicht van de gezondheidszorg is veranderd door biotechnologie. Medische biotechnologiebedrijven gebruiken microben om nieuwe medicijnen te maken, zoals: monoklonale antilichamen (deze geneesmiddelen worden gebruikt voor de behandeling van verschillende aandoeningen, waaronder kanker), antibiotica, vaccins en hormonen.

Een belangrijke medische vooruitgang was de ontwikkeling van een proces om synthetische insuline te maken met behulp van genetische manipulatie en microben. DNA voor humane insuline wordt ingebracht in bacteriën, die zich vermenigvuldigen en groeien en de insuline produceren, totdat de insuline kan worden verzameld en gezuiverd.

In 1991 ontwikkelde Ingo Potrykus agrarisch biotechnologisch onderzoek om een ​​rijstsoort te ontwikkelen die verrijkt is met bètacaroteen, dat het lichaam wordt omgezet in vitamine A en is ideaal om te worden gekweekt in Aziatische landen, waar kinderblindheid door vitamine A-tekort een bijzonder probleem is probleem.

De miscommunicatie tussen de wetenschappelijke gemeenschap en het publiek heeft geleid tot grote controverse over genetisch gemodificeerde organismen of GGO's. Er was zoveel angst en verontwaardiging over een genetisch gemodificeerd voedselproduct zoals Gouden Rijst, zoals het wordt genoemd, dat ondanks het feit dat de planten in 1999 klaar waren voor distributie aan Aziatische boeren, die distributie nog niet is voltooid heeft plaatsgevonden.