Bioteknologi og genteknikk: En oversikt

Bioteknologi er et felt innen livsvitenskap som bruker levende organismer og biologiske systemer for å skape modifiserte eller nye organismer eller nyttige produkter. En viktig komponent i bioteknologi er genteknologi.

Det populære begrepet bioteknologi er et av eksperimenter som skjer i laboratorier og banebrytende industrielle fremskritt, men bioteknologi er mye mer integrert i de fleste menneskers hverdag enn den virker.

Vaksinene du får, soyasaus, ost og brød du kjøper i matbutikken, plasten i det daglige miljø, rynkebestandige bomullsklær, opprydding etter nyheter om oljesøl og mer er alle eksempler på bioteknologi. De "bruker" levende mikrober for å lage et produkt.

Selv en Lyme-sykdom blodprøve, en cellegiftbehandling av brystkreft eller en insulininjeksjon kan være et resultat av bioteknologi.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Bioteknologi er avhengig av området genteknikk, som endrer DNA for å endre funksjonen eller andre trekk ved levende organismer.

Tidlige eksempler på dette er selektiv avl av planter og dyr for tusenvis av år siden. I dag redigerer eller overfører forskere DNA fra en art til en annen. Bioteknologi utnytter disse prosessene for et bredt spekter av næringer, inkludert medisin, mat og jordbruk, produksjon og biodrivstoff.

Bioteknologi ville ikke være mulig uten genteknologi. I moderne termer manipulerer denne prosessen cellers genetiske informasjon ved hjelp av laboratorieteknikker for å endre egenskapene til levende organismer.

Forskere kan bruke genteknologi for å endre måten en organisme ser ut, oppfører seg, fungerer eller samhandler med spesifikke materialer eller stimuli i miljøet. Genteknikk er mulig i alle levende celler; dette inkluderer mikroorganismer som bakterier og individuelle celler i flercellede organismer, slik som planter og dyr. Tilogmed menneskelig genom kan redigeres ved hjelp av disse teknikkene.

Noen ganger endrer forskere genetisk informasjon i en celle ved å endre genene direkte. I andre tilfeller blir DNA-biter fra en organisme implantert i cellene til en annen organisme. De nye hybridcellene kalles transgene.

Genteknikk kan virke som et ultramoderne teknologisk fremskritt, men det har vært i bruk i flere tiår, på mange felt. Faktisk har moderne genteknologi sine røtter i eldgamle menneskelige praksis som først ble definert av Charles Darwin som kunstig utvalg.

Kunstig utvalg, som også kalles selektiv avl, er en metode for bevisst å velge paringspar for planter, dyr eller andre organismer basert på ønskede egenskaper. Grunnen til å gjøre dette er å skape avkom med disse egenskapene, og å gjenta prosessen med fremtidige generasjoner for gradvis å styrke egenskapene i befolkningen.

Selv om kunstig seleksjon ikke krever mikroskopi eller annet avansert laboratorieutstyr, er det en effektiv form for genteknikk. Selv om det begynte som en eldgammel teknikk, bruker mennesker den fortsatt i dag.

Vanlige eksempler inkluderer:

• Oppdrett av husdyr.
• Lage blomstervarianter.
• Avlsdyr, for eksempel gnagere eller primater, med spesifikke ønskede egenskaper som følsomhet for sykdommer for forskningsstudier.

Det første kjente eksemplet på mennesker som driver med det kunstige utvalget av en organisme er fremveksten av Canis lupus familiaris, eller som det er mer kjent, hunden. For rundt 32 000 år siden bodde mennesker i et område i Øst-Asia som nå er Kina, i jeger-samlergrupper. Vilde ulver fulgte menneskegruppene og ryddet på kadaver som jegere etterlot seg.

Forskere mener det er mest sannsynlig at mennesker bare tillot de føyelige ulvene som ikke var en trussel, å leve. På denne måten begynte forgrening av hunder fra ulv ved selvvalg, som individer med egenskapen som tillot dem å tolerere tilstedeværelsen av mennesker, ble de tamme ledsagerne til jeger-samlere.

Til slutt begynte mennesker med vilje å tamme og deretter avle generasjoner av hunder for ønskede egenskaper, spesielt føyelighet. Hunder ble lojale og beskyttende følgesvenner for mennesker. Over tusenvis av år avlet mennesker dem selektivt for spesifikke egenskaper som pelslengde og farge, øye størrelse og snute lengde, kroppsstørrelse, disposisjon og mer.

De ville ulvene i Øst-Asia for 32 000 år siden, som ble splittet for 32 000 år siden i hunder, består av nesten 350 forskjellige hunderaser. Disse tidlige hundene er tettest genetisk relatert til de moderne hundene som kalles kinesiske innfødte hunder.

Kunstig utvalg manifesteres også på andre måter i gamle menneskelige kulturer. Da mennesker beveget seg mot landbrukssamfunn, brukte de kunstig seleksjon med et økende antall plante- og dyrearter.

De tammet dyrene ved å avle dem generasjon etter generasjon, og parret bare avkommet som viste de ønskede egenskapene. Disse egenskapene var avhengig av dyrets formål. For eksempel brukes moderne tamme hester ofte i mange kulturer som transport og som pakkdyr, en del av en gruppe dyr som ofte kalles byrdyr.

Derfor er egenskaper som hesteoppdrettere kunne ha sett etter, føyelighet og styrke, samt robusthet i kulde eller varme, og en evne til å avle i fangenskap.

Gamle samfunn benyttet genteknologi på andre måter enn kunstig seleksjon. For 6000 år siden brukte egypterne gjær til å surde brød og gjæret gjær til å lage vin og øl.

Moderne genteknologi skjer i et laboratorium i stedet for ved selektiv avl, siden gener er det kopiert og flyttet fra ett stykke DNA til et annet, eller fra en organisms celle til en annen organisme DNA. Dette er avhengig av en ring av DNA som kalles a plasmid.

Plasmider er tilstede i bakterie- og gjærceller, og er atskilt fra kromosomer. Selv om begge inneholder DNA, er plasmider vanligvis ikke nødvendige for at cellen skal overleve. Mens bakteriekromosomer inneholder tusenvis av gener, inneholder plasmider bare så mange gener som du vil stole på en hånd. Dette gjør dem mye enklere å manipulere og analysere.

Funnet på 1960-tallet begrensning endonukleaser, også kjent som restriksjonsenzymer, førte til et gjennombrudd innen genredigering. Disse enzymene kutter DNA på bestemte steder i kjeden av basepar.

Basepar er bundet nukleotider som danner DNA-strengen. Avhengig av arten av bakterier, vil restriksjonsenzymet være spesialisert for å gjenkjenne og kutte forskjellige sekvenser av basepar.

Relatert innhold: Definisjonen av molekylærbiologi

Forskere oppdaget at de var i stand til å bruke restriksjonsenzymer til å kutte ut deler av plasmidringene. De var i stand til å introdusere DNA fra en annen kilde.

Et annet enzym kalt DNA ligase fester det fremmede DNA til det opprinnelige plasmidet i det tomme gapet som er igjen av den manglende DNA-sekvensen. Sluttresultatet av denne prosessen er et plasmid med et fremmed gensegment, som kalles a vektor.

Hvis DNA-kilden var en annen art, kalles det nye plasmidet rekombinant DNA, eller a kimære. Når plasmidet er introdusert på nytt i bakteriecellen, uttrykkes de nye genene som om bakterien alltid hadde hatt den genetiske sammensetningen. Når bakterien replikerer og formerer seg, blir genet også kopiert.

Hvis målet er å introdusere det nye DNA i cellen til en organisme som ikke er bakterier, kreves forskjellige teknikker. En av disse er en genpistol, som sprenger veldig små partikler av tungmetallelementer belagt med det rekombinante DNA i plante- eller dyrevev.

To andre teknikker krever å utnytte kraften i smittsomme prosesser. En bakteriestamme kalt Agrobacterium tumefaciens smitter planter og får svulster til å vokse i planten. Forskere fjerner de sykdomsfremkallende gener fra plasmidet som er ansvarlig for svulstene, kalt Tieller tumorinduserende plasmid. De erstatter disse genene med hvilke gener de vil overføre til planten, slik at planten blir "infisert" med ønsket DNA.

Relatert innhold: Cellbiologi: En oversikt over prokaryote og eukaryote celler

Virus invaderer ofte andre celler, fra bakterier til humane celler, og setter inn sitt eget DNA. EN viral vektor brukes av forskere til å overføre DNA til en plante- eller dyrecelle. De sykdomsfremkallende genene fjernes og erstattes med de ønskede gener, som kan inkludere markørgener for å signalisere at overføringen skjedde.

Den første forekomsten av moderne genetisk modifisering var i 1973, da Herbert Boyer og Stanley Cohen overførte et gen fra en bakteriestamme til en annen. Genet kodet for antibiotikaresistens.

Året etter skapte forskere første forekomst av et genetisk modifisert dyr, da Rudolf Jaenisch og Beatrice Mintz med suksess satte fremmed DNA i musembryoer.

Forskere begynte å bruke genteknologi til et bredt felt av organismer, for et voksende antall nye teknologier. For eksempel utviklet de planter med resistens mot ugressmidler slik at bønder kunne spraye for ugress uten å skade avlingene.

De modifiserte også matvarer, spesielt grønnsaker og frukt, slik at de ville vokse seg mye større og vare lenger enn deres umodifiserte fettere.

Genteknikk er grunnlaget for bioteknologi, siden bioteknologiindustrien i en generell forstand er et stort felt som innebærer å bruke andre levende arter til menneskers behov.

Forfedrene dine for tusenvis av år siden som selektivt avlet hunder eller bestemte avlinger, brukte bioteknologi. Det er også moderne bønder og hunderavlere, og det er også noe bakeri eller vingård.

Relatert innhold: Hvordan kontakte representanten din om klimaendringer

Industriell bioteknologi brukes til drivstoffkilder; det er her begrepet ”biodrivstoff” har sitt utspring. Mikroorganismer forbruker fett og gjør dem til etanol, som er en forbruksdrivstoffkilde.

Enzymer brukes til å produsere kjemikalier med mindre avfall og kostnad enn tradisjonelle metoder, eller for å rydde opp i produksjonsprosesser ved å bryte ned kjemiske biprodukter.

Fra behandling med stamceller til forbedrede blodprøver til en rekke legemidler, har helsetjenester blitt endret av bioteknologi. Medisinske bioteknologiselskaper bruker mikrober for å lage nye medisiner, for eksempel monoklonale antistoffer (disse stoffene brukes til å behandle en rekke tilstander, inkludert kreft), antibiotika, vaksiner og hormoner.

Et betydelig medisinsk fremskritt var utviklingen av en prosess for å lage syntetisk insulin ved hjelp av genteknologi og mikrober. DNA for humant insulin settes inn i bakterier, som replikerer og vokser og produserer insulin, til insulinet kan samles opp og renses.

I 1991 brukte Ingo Potrykus landbruksbioteknologisk forskning for å utvikle en slags ris som er forsterket med betakaroten, som kroppen konverterer til vitamin A, og er ideell å dyrkes i asiatiske land, hvor barndomsblindhet fra vitamin A-mangel er en bestemt problem.

Feilkommunikasjonen mellom vitenskapssamfunnet og publikum har ført til stor kontrovers over genetisk modifiserte organismer, eller GMOer. Det var slik frykt og skrik over en genetisk modifisert matprodukt som Golden Rice, som det heter, at til tross for at plantene var klare for distribusjon til asiatiske bønder i 1999, har distribusjonen ennå ikke skjedde.