EN gen, fra et grunnleggende biokjemisk synspunkt, er et segment av deoksyribonukleinsyre (DNA) inne i hver celle i en organisme som bærer den genetiske koden for å samle et bestemt proteinprodukt. På et mer funksjonelt og dynamisk nivå bestemmer gener hva organismer - dyr, planter, sopp og til og med bakterier - er og hva de er bestemt til å utvikle seg til.
Mens oppførselen til gener er påvirket av miljøfaktorer (f.eks. Ernæring) og til og med av andre gener, er sammensetningen av din genetisk materiale dikterer overveldende nesten alt om deg, synlig og usett, fra kroppens størrelse til ditt svar på mikrobielle inntrengere, allergener og andre eksterne midler.
Evnen til å endre, modifisere eller konstruere gener på bestemte måter vil derfor introdusere muligheten for å være i stand til lage utsøkt skreddersydde organismer - inkludert mennesker - ved å bruke gitte kombinasjoner av DNA som man vet inneholder visse gener.
Prosessen med å endre en organisme genotype (løst sagt summen av individuelle gener) og dermed dens genetiske "blåkopi" er kjent som
genetisk modifikasjon. Også kalt genteknologi, har denne typen biokjemisk manøvrering beveget seg fra science fiction-området til virkelighet de siste tiårene.Tilhørende utvikling har ført til både spenning over utsiktene til å forbedre menneskers helse og livskvalitet og en rekke tornete og uunngåelige etiske problemer på forskjellige fronter.
Genmodifisering: definisjon
Genetisk modifikasjon er en hvilken som helst prosess der gener manipuleres, endres, slettes eller justeres for å forsterke, endre eller justere en viss egenskap ved en organisme. Det er manipulering av trekk på absolutt rot - eller mobilnivå.
Tenk på forskjellen mellom å rutinemessig style håret ditt på en bestemt måte og faktisk være i stand til å kontrollere hårets farge, lengde og generell ordning (f.eks. rett mot krøllete) uten å bruke hårpleieprodukter, i stedet stole på å gi usynlige komponenter i kroppsinstruksjoner om hvordan du kan oppnå og sikre et ønsket kosmetisk resultat, og du får en følelse av hva genetisk modifikasjon er alt Om.
Fordi alle levende organismer inneholder DNA, kan genteknologi utføres på alle organismer, fra bakterier til planter til mennesker.
Mens du leser dette, blomstrer genetikkingeniørfeltet med nye muligheter og praksis innen jordbruk, medisin, produksjon og andre riker.
Hva genetisk modifisering ikke er
Det er viktig å forstå forskjellen mellom bokstavelig endring av gener og å oppføre seg på en måte som utnytter et eksisterende gen.
Mange gener fungerer ikke uavhengig av miljøet der foreldreorganismen lever. Kostholdsvaner, spenninger av forskjellige slag (f.eks. Kroniske sykdommer, som kanskje ikke har et eget genetisk grunnlag) og andre ting organismer som rutinemessig konfronterer, kan påvirke genuttrykk, eller nivået som gener brukes til å lage proteinproduktene som de kode.
Hvis du kommer fra en familie av mennesker som er genetisk tilbøyelige til å være høyere og tyngre enn gjennomsnittet, og du streber etter en atletisk karriere i en sport som favoriserer styrke og størrelse som basketball eller hockey, kan du løfte vekter og spise en robust mengde mat for å maksimere sjansene dine for å bli så store og sterke som mulig.
Men dette er forskjellig fra å kunne sette inn nye gener i DNA-et ditt som praktisk talt garanterer a forutsigbart nivå av muskel- og beinvekst og til slutt et menneske med alle de typiske egenskapene til en sportsstjerne.
Typer genetisk modifisering
Mange typer genteknikk eksisterer, og ikke alle krever manipulering av genetisk materiale ved hjelp av sofistikert laboratorieutstyr.
Faktisk enhver prosess som involverer en aktiv og systematisk manipulering av en organisme genbasseng, eller summen av gener i en populasjon som reproduserer ved avl (dvs. seksuelt), kvalifiserer som genteknikk. Noen av disse prosessene er selvfølgelig i forkant av teknologien.
Kunstig utvalg: Også kalt enkel seleksjon eller selektiv avl, er kunstig seleksjon valg av foreldreorganismer med en kjent genotype til produsere avkom i mengder som ikke ville oppstå hvis naturen alene var ingeniør, eller i det minste ville oppstå over langt lengre tid vekter.
Når bønder eller hunderavlere velger hvilke planter eller dyr som skal avles for å sikre avkom med sikkerhet egenskaper som mennesker finner ønskelige av en eller annen grunn, praktiserer de en hverdagslig form for genetisk modifikasjon.
Indusert mutagenese: Dette er bruk av røntgenstråler eller kjemikalier for å indusere mutasjoner (ikke planlagte, ofte spontane endringer i DNA) i spesifikke gener eller DNA-sekvenser av bakterier. Det kan resultere i å oppdage genvarianter som fungerer bedre (eller om nødvendig, dårligere) enn det "normale" genet. Denne prosessen kan bidra til å skape nye "linjer" av organismer.
Selv om mutasjoner ofte er skadelige, er de også den grunnleggende kilden til genetisk variasjon i livet på jorden. Som et resultat, å indusere dem i stort antall, mens det er sikkert å skape populasjoner av organismer med mindre passform, også øker sannsynligheten for en gunstig mutasjon, som deretter kan utnyttes til menneskelige formål ved hjelp av tillegg teknikker.
Virus- eller plasmidvektorer: Forskere kan introdusere et gen i en fag (et virus som infiserer bakterier eller deres prokaryote slektninger, Archaea) eller en plasmid vektor, og plasser deretter det modifiserte plasmidet eller fagen i andre celler for å introdusere det nye genet i disse cellene.
Anvendelser av disse prosessene inkluderer økende motstand mot sykdom, å overvinne antibiotikaresistens og forbedre organismenes evne til å motstå miljøstressorer som ekstreme temperaturer og giftstoffer. Alternativt kan bruken av slike vektorer forsterke en eksisterende karakteristikk i stedet for å skape en ny.
Ved hjelp av planteforedlingsteknologi kan en plante "beordres" til å blomstre oftere, eller bakterier kan induseres produsere et protein eller kjemikalie som de normalt ikke ville gjort.
Retrovirale vektorer: Her blir deler av DNA som inneholder visse gener satt i disse spesielle virusene, som deretter transporterer genetisk materiale inn i cellene til en annen organisme. Dette materialet er innlemmet i vertsgenomet slik at de kan uttrykkes sammen med resten av DNA i organismen.
Enkelt sagt innebærer dette å kutte en streng av verts-DNA ved hjelp av spesielle enzymer, og sette inn den nye genet inn i gapet som oppnås ved å kutte og feste DNA i begge ender av genet til verten DNA.
"Knock in, knock out" -teknologi: Som navnet antyder tillater denne typen teknologi fullstendig eller delvis sletting av visse seksjoner av DNA eller visse gener ("knock out"). På lik linje kan menneskets ingeniører bak denne formen for genetisk modifisering velge når og hvordan de skal slå på ("banke inn") en ny del av DNA eller et nytt gen.
Injeksjon av gener i begynnende organismer: Injisering av gener eller vektorer som inneholder gener i egg (oocytter) kan innlemme de nye genene i genomet til det utviklende embryoet, som derfor kommer til uttrykk i organismen som til slutt resultater.
Genkloning
Genkloning er et eksempel på bruk av plasmidvektorer. Plasmider, som er sirkulære DNA-deler, ekstraheres fra en bakterie- eller gjærcelle. Restriksjonsenzymer, som er proteiner som "kutter" DNA på bestemte steder langs molekylet, brukes til å klippe DNA, og skape en lineær streng fra det sirkulære molekylet. Deretter "limes" DNA for det ønskede genet inn i plasmidet, som blir introdusert i andre celler.
Til slutt begynner disse cellene å lese og kode genet som ble kunstig tilsatt til plasmidet.
Relatert innhold: RNA-definisjon, funksjon, struktur
Genkloning inkluderer fire grunnleggende trinn. I det følgende eksemplet er målet ditt å produsere en stamme av E. coli bakterier som lyser i mørket. (Vanligvis har selvfølgelig ikke disse bakteriene denne egenskapen; Hvis de gjorde det, ville steder som verdens kloakkanlegg og mange av dets naturlige vannveier få en tydelig annen karakter, som E. coli er vanlig i mage-tarmkanalen.)
1. Isoler ønsket DNA. Først må du finne eller lage et gen som koder for et protein med den nødvendige egenskapen - i dette tilfellet glødende i mørket. Visse maneter lager slike proteiner, og det ansvarlige genet er identifisert. Dette genet kalles mål-DNA. Samtidig må du bestemme hvilket plasmid du vil bruke; dette er vektor DNA.
2. Spalt DNA ved hjelp av restriksjonsenzymer. Disse nevnte proteinene, også kalt begrensning endonukleaser, er rikelig i bakterieverdenen. I dette trinnet bruker du den samme endonukleasen til å kutte både mål-DNA og vektor-DNA.
Noen av disse enzymene kutter rett over begge strengene av DNA-molekylet, mens de i andre tilfeller gjør et "forskjøvet" kutt, og etterlater små lengder enkeltstrenget DNA eksponert. Sistnevnte kalles klebrig ender.
3. Kombiner mål-DNA og vektor-DNA. Du setter nå de to typene DNA sammen med et enzym som heter DNA ligase, som fungerer som en forseggjort type lim. Dette enzymet reverserer endonukleasens arbeid ved å forbinde endene av molekylene. Resultatet er en kimære, eller en streng av rekombinant DNA.
- Humant insulin, blant mange andre viktige kjemikalier, kan fremstilles ved hjelp av rekombinant teknologi.
4. Innfør det rekombinante DNA i vertscellen. Nå har du genet du trenger, og et middel til å skyve det dit det hører hjemme. Det er en rekke måter å gjøre dette på, blant dem transformasjon, hvor såkalte kompetente celler feier opp det nye DNAet, og elektroporering, hvor en puls av elektrisitet brukes til å kortvarig forstyrre cellemembranen for å la DNA-molekylet komme inn i cellen.
Eksempler på genetiske modifikasjoner
Kunstig utvalg: Hundeavlere kan velge forskjellige egenskaper, spesielt pelsfarge. Hvis en gitt oppdretter av Labrador retrievere ser en økning i etterspørselen etter en gitt farge av rasen, kan han eller hun systematisk avle etter fargen det gjelder.
Genterapi: Hos noen med et defekt gen kan en kopi av arbeidsgenet innføres i personens celler slik at det nødvendige proteinet kan lages ved bruk av fremmed DNA.
GM-avlinger: Genetisk modifisering jordbruksmetoder kan brukes til å lage genetisk modifiserte (GM) avlinger som herbicidresistente planter, avlinger som gir mer frukt sammenlignet med konvensjonell avl, GM-planter som er motstandsdyktige mot kulde, avlinger med forbedret samlet avling, matvarer med høyere næringsverdi og så videre på.
Mer bredt, i det 21. århundre, har genetisk modifiserte organismer (GMOer) blomstret ut til et hot-button problem i Europeiske og amerikanske markeder på grunn av både mattrygghet og forretningsetiske bekymringer rundt genetisk modifisering av avlinger.
Genmodifiserte dyr: Et eksempel på GM-matvarer i husdyrverdenen er avlskyllinger som vokser seg større og raskere for å produsere mer brystkjøtt. Rekombinant DNA-teknologipraksis som denne gir etiske bekymringer på grunn av smerten og ubehaget det kan forårsake dyrene.
Genredigering: Et eksempel på genredigering, eller genomredigering, er CRISPR, eller klynges regelmessig med hverandre korte palindromiske gjentakelser. Denne prosessen er "lånt" fra en metode som brukes av bakterier for å forsvare seg mot virus. Det innebærer sterkt målrettet genetisk modifisering av forskjellige deler av målgenomet.
I CRISPR, guide ribonukleinsyre (gRNA), et molekyl med samme sekvens som målstedet i genomet, kombineres i vertscellen med en endonuklease kalt Cas9. GRNA vil binde seg til mål-DNA-stedet, og trekke Cas9 sammen med det. Denne genomredigering kan resultere i "utslettelse" av et dårlig gen (for eksempel en variant som er involvert i å forårsake kreft) og i noen tilfeller tillater at det dårlige genet kan erstattes med en ønskelig variant.