EEN gen, vanuit een fundamenteel biochemisch standpunt, is een segment van desoxyribonucleïnezuur (DNA) in elke cel van een organisme die de genetische code draagt voor het samenstellen van een bepaald eiwitproduct. Op een meer functioneel en dynamisch niveau bepalen genen wat organismen – dieren, planten, schimmels en zelfs bacteriën – zijn en waartoe ze zich zullen ontwikkelen.
Hoewel het gedrag van genen wordt beïnvloed door omgevingsfactoren (bijv. voeding) en zelfs door andere genen, is de samenstelling van uw genetisch materiaal dicteert overweldigend bijna alles over u, zichtbaar en ongezien, van de grootte van uw lichaam tot uw reactie op microbiële indringers, allergenen en andere externe agentia.
Het vermogen om genen op specifieke manieren te veranderen, te modificeren of te manipuleren zou daarom de mogelijkheid introduceren om in staat te zijn om: maak prachtig op maat gemaakte organismen - inclusief mensen - met behulp van bepaalde combinaties van DNA waarvan bekend is dat ze bepaalde genen.
Het proces van het veranderen van de genotype (losjes gesproken, de som van zijn individuele genen) en daarom staat zijn genetische "blauwdruk" bekend als: genetische modificatie. Ook wel genoemd genetische manipulatie, is dit soort biochemisch manoeuvreren de afgelopen decennia van het rijk van science fiction naar realiteit verplaatst.
Geassocieerde ontwikkelingen hebben geleid tot zowel opwinding over het vooruitzicht van verbetering van de menselijke gezondheid en kwaliteit van leven als een groot aantal netelige en onontkoombare ethische kwesties op verschillende fronten.
Genetische modificatie: definitie
Genetische modificatie is elk proces waarbij genen worden gemanipuleerd, veranderd, verwijderd of aangepast om een bepaald kenmerk van een organisme te versterken, te veranderen of aan te passen. Het is de manipulatie van eigenschappen op het absolute wortel- of cellulaire niveau.
Overweeg het verschil tussen het routinematig stylen van je haar op een bepaalde manier en het daadwerkelijk kunnen controleren van de kleur, lengte en lengte van je haar algemene opstelling (bijvoorbeeld steil versus krullend) zonder haarverzorgingsproducten te gebruiken, in plaats daarvan te vertrouwen op het geven van onzichtbare componenten van uw lichaamsinstructies over hoe u een gewenst cosmetisch resultaat kunt bereiken en garanderen, en u krijgt een idee van wat genetische modificatie allemaal is over.
Omdat alle levende organismen DNA bevatten, kan genetische manipulatie worden uitgevoerd op alle organismen, van bacteriën tot planten tot mensen.
Terwijl u dit leest, ontluikt het gebied van genetische manipulatie met nieuwe mogelijkheden en praktijken op het gebied van landbouw, geneeskunde, productie en andere gebieden.
Wat genetische modificatie niet is?
Het is belangrijk om het verschil te begrijpen tussen het letterlijk veranderen van genen en gedrag waarbij gebruik wordt gemaakt van een bestaand gen.
Veel genen werken niet onafhankelijk van de omgeving waarin het ouderorganisme leeft. Voedingsgewoonten, allerlei soorten stress (bijv. chronische ziekten, die al dan niet een eigen genetische basis hebben) en andere zaken organismen waarmee routinematig wordt geconfronteerd, kunnen de genexpressie beïnvloeden, of het niveau waarop genen worden gebruikt om de eiwitproducten te maken waarvoor ze code.
Als je uit een familie komt van mensen die genetisch geneigd zijn langer en zwaarder te zijn dan gemiddeld, en je ambieert een atletische carrière in een sport die kracht en grootte zoals basketbal of hockey, kunt u gewichten optillen en een stevige hoeveelheid voedsel eten om uw kansen om zo groot en sterk te zijn als mogelijk.
Maar dit is iets anders dan nieuwe genen in je DNA kunnen inbrengen die vrijwel garant staan voor een voorspelbaar niveau van spier- en botgroei en, uiteindelijk, een mens met alle typische eigenschappen van a sportheld.
Soorten genetische modificatie
Er bestaan veel soorten genetische manipulatietechnieken, en niet alle vereisen de manipulatie van genetisch materiaal met behulp van geavanceerde laboratoriumapparatuur.
In feite is elk proces dat de actieve en systematische manipulatie van de genetische verzameling, of de som van de genen in een populatie die zich voortplant door te fokken (d.w.z. seksueel), kwalificeert als genetische manipulatie. Sommige van deze processen bevinden zich natuurlijk op het snijvlak van technologie.
Kunstmatige selectie: Ook wel eenvoudige selectie of selectieve veredeling genoemd, kunstmatige selectie is het kiezen van ouderorganismen met een bekend genotype om nakomelingen produceren in hoeveelheden die niet zouden voorkomen als de natuur alleen de ingenieur was, of op zijn minst alleen over een veel langere tijd zou plaatsvinden schalen.
Wanneer boeren of hondenfokkers selecteren welke planten of dieren ze willen fokken om nakomelingen te verzekeren met bepaalde kenmerken die mensen om de een of andere reden wenselijk vinden, beoefenen ze een alledaagse vorm van genetische wijziging.
Geïnduceerde mutagenese: Dit is het gebruik van röntgenstralen of chemicaliën om mutaties (ongeplande, vaak spontane veranderingen in DNA) in specifieke genen of DNA-sequenties van bacteriën te induceren. Hierdoor kunnen genvarianten worden ontdekt die beter (of desnoods slechter) presteren dan het 'normale' gen. Dit proces kan helpen bij het creëren van nieuwe "lijnen" van organismen.
Mutaties, hoewel vaak schadelijk, zijn ook de fundamentele bron van genetische variabiliteit in het leven op aarde. Dientengevolge, waardoor ze in grote aantallen worden geïnduceerd, terwijl het zeker ook populaties van minder geschikte organismen zal creëren verhoogt de kans op een gunstige mutatie, die vervolgens kan worden uitgebuit voor menselijke doeleinden met behulp van extra technieken.
Virale of plasmide vectoren: Wetenschappers kunnen een gen in een faag (een virus dat bacteriën of hun prokaryotische verwanten, de Archaea) infecteert, of een plasmide vector, en plaats vervolgens het gemodificeerde plasmide of de faag in andere cellen om het nieuwe gen in die cellen te introduceren.
Toepassingen van deze processen zijn onder meer het verhogen van de weerstand tegen ziekten, het overwinnen van antibioticaresistentie en het verbeteren van het vermogen van een organisme om weerstand te bieden aan omgevingsstressoren zoals extreme temperaturen en toxines. Als alternatief kan het gebruik van dergelijke vectoren een bestaand kenmerk versterken in plaats van een nieuw kenmerk te creëren.
Met behulp van plantenveredelingstechnologie kan een plant worden "bevolen" om vaker te bloeien, of bacteriën kunnen worden geïnduceerd om een eiwit of chemische stof te produceren die ze normaal niet zouden doen.
Retrovirale vectoren: Hier worden stukjes DNA met bepaalde genen in deze speciale soorten virussen gestopt, die het genetische materiaal vervolgens naar de cellen van een ander organisme transporteren. Dit materiaal wordt in het gastheergenoom ingebouwd, zodat het samen met de rest van het DNA in dat organisme tot expressie kan worden gebracht.
In duidelijke bewoordingen houdt dit in dat een streng gastheer-DNA wordt geknipt met behulp van speciale enzymen, waarbij de nieuwe gen in de opening gecreëerd door het knippen en bevestigen van het DNA aan beide uiteinden van het gen aan de gastheer DNA.
"Knock-in, knock-out"-technologie: Zoals de naam al doet vermoeden, maakt dit type technologie het mogelijk om bepaalde delen van het DNA of bepaalde genen volledig of gedeeltelijk te verwijderen ("knock-out"). In dezelfde lijn kunnen de menselijke ingenieurs achter deze vorm van genetische modificatie kiezen wanneer en hoe ze een nieuwe sectie van DNA of een nieuw gen aanzetten ("knock-in").
Injectie van genen in ontluikende organismen: Het injecteren van genen of vectoren die genen bevatten in eieren (oöcyten) kan de nieuwe genen incorporeren het genoom van het zich ontwikkelende embryo, die daardoor tot expressie komen in het organisme dat uiteindelijk resultaten.
Gen klonen
Gen klonen is een voorbeeld van het gebruik van plasmidevectoren. Plasmiden, dit zijn cirkelvormige stukjes DNA, worden geëxtraheerd uit een bacterie- of gistcel. Restrictie-enzymen, dit zijn eiwitten die DNA op specifieke plaatsen langs het molecuul "knippen", worden gebruikt om het DNA te knippen, waardoor een lineaire streng van het cirkelvormige molecuul wordt gemaakt. Vervolgens wordt het DNA voor het gewenste gen "geplakt" in het plasmide, dat in andere cellen wordt ingebracht.
Ten slotte beginnen die cellen het gen te lezen en te coderen dat kunstmatig aan het plasmide is toegevoegd.
Gerelateerde inhoud: RNA-definitie, functie, structuur
Het klonen van genen omvat vier basisstappen. In het volgende voorbeeld is het uw doel om een soort te produceren van e. coli bacteriën die oplichten in het donker. (Normaal gesproken hebben deze bacteriën deze eigenschap natuurlijk niet; als ze dat wel zouden doen, zouden plaatsen zoals de rioleringen van de wereld en veel van haar natuurlijke waterwegen een duidelijk ander karakter krijgen, zoals e. coli komen veel voor in het maagdarmkanaal van de mens.)
1. Isoleer het gewenste DNA. Eerst moet je een gen vinden of maken dat codeert voor een eiwit met de vereiste eigenschap - in dit geval glowing in the dark. Bepaalde kwallen maken dergelijke eiwitten en het verantwoordelijke gen is geïdentificeerd. Dit gen heet de doel-DNA. Tegelijkertijd moet u bepalen welk plasmide u gaat gebruiken; dit is de vector-DNA.
2. Splits het DNA met behulp van restrictie-enzymen. Deze bovengenoemde eiwitten, ook wel restrictie endonucleasen, zijn er in overvloed in de bacteriële wereld. In deze stap gebruik je hetzelfde endonuclease om zowel het doel-DNA als het vector-DNA te knippen.
Sommige van deze enzymen snijden dwars door beide strengen van het DNA-molecuul, terwijl ze in andere gevallen een "verspringende" snede maken, waardoor kleine stukjes enkelstrengs DNA bloot komen te liggen. De laatste worden genoemd plakkerige uiteinden.
3. Combineer het doel-DNA en het vector-DNA. Je voegt nu de twee soorten DNA samen met een enzym genaamd DNA-ligase, die functioneert als een uitgebreide soort lijm. Dit enzym keert het werk van de endonucleasen om door de uiteinden van de moleculen met elkaar te verbinden. Het resultaat is een hersenschim, of een streng van recombinant DNA.
- Menselijke insuline, naast vele andere essentiële chemicaliën, kan worden gemaakt met behulp van recombinante technologie.
4. Introduceer het recombinante DNA in de gastheercel. Nu heb je het gen dat je nodig hebt en een middel om het te brengen waar het thuishoort. Er zijn een aantal manieren om dit te doen, waaronder: transformatie, waarin zogenaamde competente cellen het nieuwe DNA opvegen, en elektroporatie, waarbij een elektrische puls wordt gebruikt om het celmembraan kort te verstoren, zodat het DNA-molecuul de cel kan binnendringen.
Voorbeelden van genetische modificatie
Kunstmatige selectie: Hondenfokkers kunnen op verschillende eigenschappen selecteren, met name vachtkleur. Als een bepaalde fokker van Labrador retrievers een stijgende vraag naar een bepaalde kleur van het ras ziet, kan hij of zij systematisch fokken op de betreffende kleur.
Gentherapie: Bij iemand met een defect gen kan een kopie van het werkende gen in de cellen van die persoon worden ingebracht, zodat met vreemd DNA het benodigde eiwit kan worden gemaakt.
GM-gewassen: Genetische modificatie landbouwmethoden kunnen worden gebruikt om genetisch gemodificeerde (GM) gewassen te creëren, zoals herbicide-resistente planten, gewassen die meer fruit opleveren in vergelijking met conventionele veredeling, gg-planten die bestand zijn tegen kou, gewassen met een verbeterde algehele oogstopbrengst, voedingsmiddelen met een hogere voedingswaarde en zo Aan.
Meer in het algemeen zijn genetisch gemodificeerde organismen (GGO's) in de 21e eeuw uitgegroeid tot een hot-button-probleem in Europese en Amerikaanse markten vanwege zowel voedselveiligheid als bedrijfsethische zorgen rond genetische modificatie van gewassen.
Genetisch gemodificeerde dieren: Een voorbeeld van genetisch gemodificeerd voedsel in de veehouderij is het fokken van kippen die groter en sneller groeien om meer borstvlees te produceren. Recombinante DNA-technologiepraktijken zoals deze roepen ethische bezwaren op vanwege de pijn en het ongemak dat het voor de dieren kan veroorzaken.
Genbewerking: Een voorbeeld van genbewerking of genoombewerking is: CRISPR, of geclusterde regelmatige tussenruimten korte palindroomherhalingen. Dit proces is "geleend" van een methode die bacteriën gebruiken om zich te verdedigen tegen virussen. Het gaat om zeer gerichte genetische modificatie van verschillende delen van het doelgenoom.
In CRISPR, gids ribonucleïnezuur (gRNA), een molecuul met dezelfde sequentie als de doelwitplaats in het genoom, wordt in de gastheercel gecombineerd met een endonuclease genaamd Cas9. Het gRNA zal binden aan de doel-DNA-site en Cas9 meeslepen. Deze genoombewerking kan resulteren in het "knock-out" van een slecht gen (zoals een variant die betrokken is bij het veroorzaken van kanker) en in sommige gevallen kan het slechte gen worden vervangen door een gewenste variant.