Biotechnologia i inżynieria genetyczna: przegląd

Biotechnologia to dziedzina nauk przyrodniczych, która wykorzystuje żywe organizmy i systemy biologiczne do tworzenia zmodyfikowanych lub nowych organizmów lub użytecznych produktów. Głównym elementem biotechnologii jest Inżynieria genetyczna.

Popularna koncepcja biotechnologii jest jednym z eksperymentów dziejących się w laboratoriach i najnowocześniejszych postęp przemysłowy, ale biotechnologia jest znacznie bardziej zintegrowana z codziennym życiem większości ludzi niż ona wydaje się.

Szczepionki, które dostajesz, sos sojowy, ser i chleb, które kupujesz w sklepie spożywczym, tworzywa sztuczne w codziennym życiu środowisko, Twoja odporna na zagniecenia odzież bawełniana, sprzątanie po wiadomościach o wyciekach ropy i nie tylko są tego przykładami biotechnologia. Wszyscy oni „zatrudniają” żywe mikroby, aby stworzyć produkt.

Nawet badanie krwi na boreliozę, chemioterapia raka piersi czy zastrzyk insuliny mogą być wynikiem biotechnologii.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Biotechnologia opiera się na dziedzinie inżynierii genetycznej, która modyfikuje DNA w celu zmiany funkcji lub innych cech żywych organizmów.

Wczesnym tego przykładem jest selektywna hodowla roślin i zwierząt tysiące lat temu. Dzisiaj naukowcy edytują lub przenoszą DNA z jednego gatunku na drugi. Biotechnologia wykorzystuje te procesy w wielu różnych gałęziach przemysłu, w tym w medycynie, żywności i rolnictwie, produkcji i biopaliwach.

Biotechnologia nie byłaby możliwa bez Inżynieria genetyczna. Współcześnie proces ten manipuluje informacją genetyczną komórek za pomocą technik laboratoryjnych w celu zmiany cech żywych organizmów.

Naukowcy mogą wykorzystać inżynierię genetyczną do zmiany wyglądu, zachowania, funkcji lub interakcji organizmu z określonymi materiałami lub bodźcami w jego środowisku. Inżynieria genetyczna jest możliwa we wszystkich żywych komórkach; obejmuje to mikroorganizmy, takie jak bakterie i pojedyncze komórki organizmów wielokomórkowych, takich jak rośliny i zwierzęta. Nawet ludzki genom można edytować przy użyciu tych technik.

Czasami naukowcy zmieniają informację genetyczną w komórce, bezpośrednio zmieniając jej geny. W innych przypadkach fragmenty DNA jednego organizmu są wszczepiane do komórek innego organizmu. Nowe komórki hybrydowe nazywają się transgeniczny.

Inżynieria genetyczna może wydawać się ultranowoczesnym postępem technologicznym, ale jest stosowana od dziesięcioleci w wielu dziedzinach. W rzeczywistości współczesna inżynieria genetyczna ma swoje korzenie w starożytnych ludzkich praktykach, które po raz pierwszy zostały zdefiniowane przez Karola Darwina jako sztuczna selekcja.

Sztuczna selekcja, która jest również nazywana hodowla selektywna, to metoda celowego doboru par godowych dla roślin, zwierząt lub innych organizmów w oparciu o pożądane cechy. Powodem tego jest stworzenie potomstwa z tymi cechami i powtórzenie procesu z przyszłymi pokoleniami, aby stopniowo wzmacniać cechy w populacji.

Chociaż sztuczna selekcja nie wymaga mikroskopii ani innego zaawansowanego sprzętu laboratoryjnego, jest skuteczną formą inżynierii genetycznej. Chociaż początkowo była to starożytna technika, ludzie nadal jej używają.

Typowe przykłady to:

• Zwierzęta hodowlane.
• Tworzenie odmian kwiatów.
• Hodowanie zwierząt, takich jak gryzonie lub naczelne, o określonych pożądanych cechach, takich jak podatność na choroby, do badań naukowych.

Pierwszym znanym przykładem ludzi angażujących się w sztuczną selekcję organizmu jest powstanie Canis lupus familiarislub, jak powszechnie wiadomo, psa. Około 32 000 lat temu ludzie na obszarze Azji Wschodniej, który jest obecnie Chinami, żyli w grupach łowców-zbieraczy. Dzikie wilki podążały za grupami ludzi i padały na padliny pozostawione przez myśliwych.

Naukowcy uważają, że najprawdopodobniej ludzie pozwolili żyć tylko potulnym wilkom, które nie stanowiły zagrożenia. W ten sposób rozgałęzianie się psów od wilków zaczęło się od samoselekcji, jako osobników z cechą które pozwoliły im tolerować obecność ludzi, stały się udomowionymi towarzyszami łowcy-zbieracze.

W końcu ludzie zaczęli celowo udomowić, a następnie rozmnażać pokolenia psów w celu uzyskania pożądanych cech, zwłaszcza uległości. Psy stały się lojalnymi i opiekuńczymi towarzyszami ludzi. Przez tysiące lat ludzie selektywnie hodowali je pod kątem określonych cech, takich jak długość i kolor sierści, rozmiar oczu i długość pyska, rozmiar ciała, usposobienie i inne.

Dzikie wilki z Azji Wschodniej sprzed 32 000 lat, które rozdzieliły się 32 000 lat temu na psy, obejmują prawie 350 różnych ras psów. Te wczesne psy są genetycznie najbliżej spokrewnione ze współczesnymi psami zwanymi chińskimi rodzimymi psami.

Sztuczna selekcja przejawiała się również na inne sposoby w starożytnych kulturach ludzkich. Gdy ludzie przenieśli się w kierunku społeczeństw rolniczych, zastosowali sztuczną selekcję z coraz większą liczbą gatunków roślin i zwierząt.

Udomowili zwierzęta, rozmnażając je z pokolenia na pokolenie, kojarząc tylko potomstwo, które wykazywało pożądane cechy. Te cechy zależały od przeznaczenia zwierzęcia. Na przykład współczesne udomowione konie są powszechnie używane w wielu kulturach jako zwierzęta transportowe i juczne, należące do grupy zwierząt powszechnie nazywanej zwierzęta juczne.

Dlatego cechy, których mogli szukać hodowcy koni, to uległość i siła, a także wytrzymałość w zimnie lub upale oraz zdolność do rozmnażania się w niewoli.

Starożytne społeczeństwa również wykorzystywały inżynierię genetyczną w sposób inny niż sztuczna selekcja. 6000 lat temu Egipcjanie używali drożdży do zakwasu chleba i fermentowanych drożdży do produkcji wina i piwa.

Współczesna inżynieria genetyczna odbywa się w laboratorium zamiast w hodowli selektywnej, ponieważ geny są kopiowane i przenoszone z jednego kawałka DNA do drugiego lub z komórki jednego organizmu do innego organizmu DNA. Opiera się to na pierścieniu DNA zwanym a plazmid.

Plazmidy są obecne w komórkach bakterii i drożdży i są oddzielone od chromosomów. Chociaż oba zawierają DNA, plazmidy zazwyczaj nie są konieczne do przeżycia komórki. Podczas gdy chromosomy bakteryjne zawierają tysiące genów, plazmidy zawierają tylko tyle genów, ile można policzyć na jednej ręce. Dzięki temu znacznie łatwiej nimi manipulować i analizować.

Odkrycie w latach 60. XX wieku endonukleazy restrykcyjne, znany również jako Enzymy restrykcyjne, doprowadziło do przełomu w edycji genów. Enzymy te tną DNA w określonych miejscach łańcucha pary zasad.

Pary zasad są związane nukleotydy które tworzą nić DNA. W zależności od gatunku bakterii, enzym restrykcyjny będzie specjalizował się w rozpoznawaniu i wycinaniu różnych sekwencji par zasad.

Powiązana zawartość: Definicja biologii molekularnej

Naukowcy odkryli, że byli w stanie wykorzystać enzymy restrykcyjne do wycinania kawałków pierścieni plazmidowych. Udało im się wtedy wprowadzić DNA z innego źródła.

Inny enzym zwany Ligaza DNA DNA przyłącza obcy DNA do oryginalnego plazmidu w pustej przerwie pozostawionej przez brakującą sekwencję DNA. Efektem końcowym tego procesu jest plazmid z obcym segmentem genu, który nazywa się a wektor.

Jeśli źródłem DNA był inny gatunek, nowy plazmid nazywa się rekombinowany DNA, lub chimera. Gdy plazmid zostanie ponownie wprowadzony do komórki bakteryjnej, nowe geny ulegają ekspresji tak, jakby bakteria zawsze posiadała ten układ genetyczny. W miarę replikacji i namnażania się bakterii gen będzie również kopiowany.

Jeśli celem jest wprowadzenie nowego DNA do komórki organizmu, który nie jest bakterią, wymagane są różne techniki. Jednym z nich jest pistolet genowy, który wysadza bardzo małe cząsteczki pierwiastków metali ciężkich pokrytych rekombinowanym DNA w tkance roślinnej lub zwierzęcej.

Dwie inne techniki wymagają wykorzystania mocy procesów chorób zakaźnych. Szczep bakteryjny zwany Agrobacterium tumefaciens infekuje rośliny, powodując wzrost guzów w roślinie. Naukowcy usuwają z plazmidu odpowiedzialnego za nowotwory geny chorobotwórcze, zwane Tilub plazmid indukujący nowotwór. Zastępują te geny dowolnymi genami, które chcą przenieść do rośliny, aby roślina została „zainfekowana” pożądanym DNA.

Powiązana zawartość: Biologia komórki: przegląd komórek prokariotycznych i eukariotycznych

Wirusy często atakują inne komórki, od bakterii po komórki ludzkie, i wprowadzają własne DNA. ZA wektor wirusowy jest używany przez naukowców do przenoszenia DNA do komórki roślinnej lub zwierzęcej. Geny powodujące chorobę są usuwane i zastępowane pożądanymi genami, które mogą obejmować geny markerowe sygnalizujące, że nastąpiło przeniesienie.

Pierwszy przypadek współczesnej modyfikacji genetycznej miał miejsce w 1973 roku, kiedy Herbert Boyer i Stanley Cohen przenieśli gen z jednego szczepu bakterii do drugiego. Gen kodujący oporność na antybiotyki.

W następnym roku naukowcy stworzyli pierwszy przypadek genetycznie zmodyfikowanego zwierzęcia, kiedy Rudolf Jaenisch i Beatrice Mintz z powodzeniem wprowadzili obce DNA do zarodków myszy.

Naukowcy zaczęli stosować inżynierię genetyczną do szerokiej gamy organizmów w celu uzyskania rosnącej liczby nowych technologii. Na przykład opracowali rośliny odporne na herbicydy, aby rolnicy mogli opryskiwać chwasty bez uszkadzania upraw.

Zmodyfikowali także żywność, zwłaszcza warzywa i owoce, tak aby rosły znacznie większe i dłużej niż ich niezmodyfikowani kuzyni.

Inżynieria genetyczna jest fundamentem biotechnologii, ponieważ przemysł biotechnologiczny to, w ogólnym sensie, rozległa dziedzina, która obejmuje wykorzystywanie innych żyjących gatunków na potrzeby ludzi.

Wasi przodkowie sprzed tysięcy lat, którzy selektywnie hodowali psy lub niektóre rośliny, wykorzystywali biotechnologię. Podobnie jak współcześni rolnicy i hodowcy psów, podobnie jak każda piekarnia czy winnica.

Powiązana zawartość: Jak skontaktować się z przedstawicielem w sprawie zmian klimatu

Biotechnologia przemysłowa jest wykorzystywana jako źródła paliwa; stąd pochodzi termin „biopaliwa”. Mikroorganizmy zużywają tłuszcze i zamieniają je w etanol, który jest zużywalnym źródłem paliwa.

Enzymy są wykorzystywane do produkcji chemikaliów przy mniejszych ilościach odpadów i kosztach niż tradycyjne metody lub do oczyszczania procesów produkcyjnych poprzez rozkładanie chemicznych produktów ubocznych.

Biotechnologia zmieniła oblicze opieki zdrowotnej, począwszy od leczenia komórkami macierzystymi, przez ulepszone badania krwi, aż po różne leki. Firmy biotechnologii medycznej wykorzystują drobnoustroje do tworzenia nowych leków, takich jak: przeciwciała monoklonalne (leki te są stosowane w leczeniu różnych schorzeń, w tym raka), antybiotyków, szczepionek i hormonów.

Znaczącym postępem w medycynie było opracowanie procesu tworzenia syntetycznej insuliny przy pomocy inżynierii genetycznej i drobnoustrojów. DNA ludzkiej insuliny jest wprowadzane do bakterii, które namnażają się, rosną i wytwarzają insulinę, dopóki insulina nie będzie mogła zostać zebrana i oczyszczona.

W 1991 roku Ingo Potrykus wykorzystał badania biotechnologii rolniczej do opracowania rodzaju ryżu, który jest wzbogacony beta-karotenem, który organizm przekształca się w witaminę A i idealnie nadaje się do uprawy w krajach azjatyckich, gdzie dziecięca ślepota spowodowana niedoborem witaminy A jest szczególnym problemem problem.

Nieporozumienia między społecznością naukową a opinią publiczną doprowadziły do ​​wielkich kontrowersji dotyczących organizmów modyfikowanych genetycznie, czyli GMO. Był taki strach i oburzenie z powodu genetycznie modyfikowany produkt spożywczy, taki jak Złoty Ryż, jak to się nazywa, że ​​pomimo tego, że rośliny były gotowe do dystrybucji wśród rolników azjatyckich w 1999 roku, dystrybucja ta nie została jeszcze wystąpił.