Modyfikacja genetyczna: definicja, typy, proces, przykłady

ZA gen, z podstawowego biochemicznego punktu widzenia, jest segmentem kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) wewnątrz każdej komórki organizmu, która nosi kod genetyczny do tworzenia określonego produktu białkowego. Na bardziej funkcjonalnym i dynamicznym poziomie geny określają, czym są organizmy – zwierzęta, rośliny, grzyby, a nawet bakterie – i w co mają się rozwijać.

Chociaż na zachowanie genów mają wpływ czynniki środowiskowe (np. odżywianie), a nawet inne geny, skład twojego materiał genetyczny przytłaczająco dyktuje prawie wszystko o tobie, widoczne i niewidoczne, od rozmiaru twojego ciała po reakcję na najeźdźców drobnoustrojowych, alergeny i inne czynniki zewnętrzne.

Zdolność do zmiany, modyfikacji lub inżynierii genów w określony sposób wprowadziłaby zatem opcję bycia w stanie: tworzyć doskonale dopasowane organizmy – w tym ludzi – przy użyciu określonych kombinacji DNA, o których wiadomo, że zawierają pewne geny.

Proces zmiany organizmu genotyp (mówiąc ogólnie, suma jego poszczególnych genów), a zatem jego genetyczny „wzór” jest znany jako

Związane z tym wydarzenia wywołały zarówno podekscytowanie perspektywą poprawy zdrowia ludzkiego i jakości życia, jak i szereg drażliwych i nieuniknionych problemów etycznych na różnych frontach. .

Modyfikacja genetyczna to każdy proces, w którym geny są manipulowane, zmieniane, usuwane lub dostosowywane w celu wzmocnienia, zmiany lub dostosowania określonej cechy organizmu. Jest to manipulacja cechami na absolutnym poziomie korzeniowym lub komórkowym.

Zastanów się nad różnicą między rutynowym układaniem włosów w określony sposób a faktyczną możliwością kontrolowania koloru, długości włosów i ogólne ułożenie (np. proste kontra kręcone) bez używania jakichkolwiek produktów do pielęgnacji włosów, zamiast tego polegając na dodawaniu niewidocznych składników instrukcje dla ciała, jak osiągnąć i zapewnić pożądany efekt kosmetyczny, a Ty zyskujesz poczucie, na czym polega modyfikacja genetyczna o.

Ponieważ wszystkie żywe organizmy zawierają DNA, inżynierię genetyczną można przeprowadzić na wszystkich organizmach, od bakterii przez rośliny po ludzi.

Kiedy to czytasz, dziedzina inżynierii genetycznej rozkwita nowymi możliwościami i praktykami w dziedzinie rolnictwa, medycyny, produkcji i innych dziedzin.

Ważne jest, aby zrozumieć różnicę między dosłownie zmienianiem genów a zachowaniem w sposób wykorzystujący istniejący gen.

Wiele genów nie działa niezależnie od środowiska, w którym żyje organizm rodzicielski. Nawyki żywieniowe, różnego rodzaju stresy (np. przewlekłe choroby, które mogą, ale nie muszą, mieć własne podłoże genetyczne) i inne rzeczy organizmy, z którymi rutynowo się konfrontują, mogą wpływać na ekspresję genów lub poziom, do którego geny są wykorzystywane do wytwarzania produktów białkowych, dla których kod.

Jeśli pochodzisz z rodziny ludzi, którzy są genetycznie skłonni do bycia wyższymi i cięższymi niż przeciętnie i aspirujesz do kariery sportowej w sporcie, który sprzyja siła i rozmiar, takie jak koszykówka lub hokej, możesz podnosić ciężary i jeść solidną ilość jedzenia, aby zmaksymalizować swoje szanse na bycie tak dużym i silnym, jak możliwy.

Różni się to jednak od możliwości wstawienia do DNA nowych genów, które praktycznie gwarantują przewidywalny poziom wzrostu mięśni i kości, a ostatecznie człowieka ze wszystkimi typowymi cechami a gwiazda sportu.

Istnieje wiele rodzajów technik inżynierii genetycznej i nie wszystkie z nich wymagają manipulacji materiałem genetycznym przy użyciu zaawansowanego sprzętu laboratoryjnego.

W rzeczywistości każdy proces, który obejmuje aktywną i systematyczną manipulację organizmu? pula genowalub suma genów w dowolnej populacji, która rozmnaża się przez rozmnażanie (tj. płciowo), kwalifikuje się jako inżynieria genetyczna. Niektóre z tych procesów są oczywiście w czołówce technologicznej.

Sztuczna selekcja: Nazywana również selekcją prostą lub hodowlą selektywną, selekcja sztuczna to wybór organizmów rodzicielskich o znanym genotypie do produkować potomstwo w ilościach, które nie występowałyby, gdyby sama natura była inżynierem, lub przynajmniej pojawiałaby się tylko w znacznie dłuższym czasie waga.

Kiedy rolnicy lub hodowcy psów wybierają rośliny lub zwierzęta do rozmnażania, aby zapewnić potomstwu pewne cechy, które ludzie z jakiegoś powodu uważają za pożądane, praktykują codzienną formę genetyki modyfikacja.

Mutageneza indukowana: Jest to użycie promieni rentgenowskich lub substancji chemicznych do wywołania mutacji (nieplanowanych, często spontanicznych zmian w DNA) w określonych genach lub sekwencjach DNA bakterii. Może to skutkować odkryciem wariantów genów, które działają lepiej (lub w razie potrzeby gorzej) niż „normalny” gen. Proces ten może pomóc w tworzeniu nowych „linii” organizmów.

Mutacje, choć często szkodliwe, są również podstawowym źródłem genetycznej zmienności życia na Ziemi. W rezultacie, indukowanie ich w dużych ilościach, a jednocześnie pewne tworzenie populacji mniej sprawnych organizmów, również zwiększa prawdopodobieństwo korzystnej mutacji, którą można następnie wykorzystać do celów ludzkich za pomocą dodatkowych techniki.

Wektory wirusowe lub plazmidowe: Naukowcy mogą wprowadzić gen do faga (wirusa, który infekuje bakterie lub ich prokariotycznych krewnych, archeowce) lub plazmid wektora, a następnie umieść zmodyfikowany plazmid lub faga w innych komórkach w celu wprowadzenia do tych komórek nowego genu.

Zastosowania tych procesów obejmują zwiększanie odporności na choroby, przezwyciężanie antybiotykooporności i poprawa zdolności organizmu do opierania się stresorom środowiskowym, takim jak ekstremalne temperatury i toksyny. Alternatywnie, użycie takich wektorów może wzmocnić istniejącą cechę zamiast tworzyć nową.

Stosując technologię hodowli roślin, roślinie można „nakazać” częstsze kwitnienie lub można spowodować, że bakterie wytworzą białko lub substancję chemiczną, której normalnie by nie zrobiły.

Wektory retrowirusowe: Tutaj fragmenty DNA zawierające określone geny są umieszczane w tych specjalnych rodzajach wirusów, które następnie przenoszą materiał genetyczny do komórek innego organizmu. Materiał ten jest włączany do genomu gospodarza, dzięki czemu mogą ulegać ekspresji wraz z resztą DNA w tym organizmie.

Mówiąc prościej, obejmuje to wycięcie nici DNA gospodarza za pomocą specjalnych enzymów, wstawienie nowego gen do luki utworzonej przez wycięcie i przyłączenie DNA na obu końcach genu do gospodarza DNA.

Technologia „wbijaj, wybijaj”: Jak sama nazwa wskazuje, ten rodzaj technologii pozwala na całkowitą lub częściową delecję niektórych odcinków DNA lub określonych genów („knock out”). W podobny sposób inżynierowie zajmujący się tą formą modyfikacji genetycznej mogą wybrać, kiedy i jak włączyć („wbić”) nowy odcinek DNA lub nowy gen.

Wstrzyknięcie genów do powstających organizmów: Wstrzyknięcie genów lub wektorów zawierających geny do jaj (oocytów) może włączyć nowe geny do genom rozwijającego się zarodka, które są zatem wyrażane w organizmie, które ostatecznie that wyniki.

Klonowanie genów jest przykładem zastosowania wektorów plazmidowych. Plazmidy, które są okrągłymi kawałkami DNA, są ekstrahowane z komórki bakteryjnej lub drożdżowej. Enzymy restrykcyjne, które są białkami, które „tną” DNA w określonych miejscach wzdłuż cząsteczki, są używane do odcinania DNA, tworząc liniową nić z okrągłej cząsteczki. Następnie DNA pożądanego genu „wkleja się” do plazmidu, który wprowadza się do innych komórek.

Wreszcie komórki te zaczynają odczytywać i kodować gen sztucznie dodany do plazmidu.

Powiązana zawartość: Definicja, funkcja, struktura RNA

Klonowanie genów obejmuje cztery podstawowe kroki. W poniższym przykładzie Twoim celem jest wytworzenie szczepu MI. coli bakterie świecące w ciemności. (Zwykle, oczywiście, te bakterie nie posiadają tej właściwości; gdyby tak się stało, miejsca takie jak światowe systemy kanalizacyjne i wiele jego naturalnych dróg wodnych nabrałyby wyraźnie innego charakteru, jak MI. coli są powszechne w przewodzie pokarmowym człowieka).

1. Wyizoluj pożądany DNA. Najpierw musisz znaleźć lub stworzyć gen, który koduje białko o wymaganej właściwości – w tym przypadku świecące w ciemności. Niektóre meduzy wytwarzają takie białka, a odpowiedzialny za to gen został zidentyfikowany. Ten gen nazywa się docelowy DNA. Jednocześnie musisz określić, jakiego plazmidu użyjesz; to jest wektor DNA.

2. Rozciąć DNA za pomocą enzymów restrykcyjnych. Te wyżej wymienione białka, zwane również endonukleazy restrykcyjne, są obfite w świecie bakterii. Na tym etapie używasz tej samej endonukleazy do cięcia zarówno docelowego DNA, jak i wektora DNA.

Niektóre z tych enzymów tną prosto w poprzek obu nici cząsteczki DNA, podczas gdy w innych przypadkach dokonują cięcia „naprzemiennie”, pozostawiając odsłonięte małe odcinki jednoniciowego DNA. Te ostatnie nazywają się lepkie końce.

3. Połącz docelowy DNA i wektor DNA. Teraz łączysz dwa rodzaje DNA razem z enzymem zwanym Ligaza DNA DNA, który działa jak skomplikowany rodzaj kleju. Enzym ten odwraca pracę endonukleaz, łącząc ze sobą końce cząsteczek. Wynik jest chimeralub pasmo rekombinowany DNA.

• Insulina ludzka, wśród wielu innych ważnych chemikaliów, może być wytwarzana przy użyciu technologii rekombinacji.

4. Wprowadź zrekombinowany DNA do komórki gospodarza. Teraz masz gen, którego potrzebujesz i sposób na przetransportowanie go tam, gdzie należy. Można to zrobić na kilka sposobów, między innymi transformacja, w którym tak zwane komórki kompetentne wymiatają nowe DNA, oraz elektroporacja, w którym impuls elektryczny jest używany do krótkotrwałego rozerwania błony komórkowej, aby umożliwić cząsteczce DNA wejście do komórki.

Sztuczna selekcja: Hodowcy psów mogą wybierać ze względu na różne cechy, w szczególności kolor sierści. Jeśli dany hodowca labradorów widzi wzrost popytu na dany kolor rasy, może systematycznie hodować na ten kolor.

Terapia genowa: U osoby z wadliwym genem kopia działającego genu może zostać wprowadzona do komórek tej osoby, dzięki czemu wymagane białko może zostać wytworzone z obcego DNA.

Uprawy GM: Modyfikacja genetyczna Metody rolnicze mogą być wykorzystywane do tworzenia upraw modyfikowanych genetycznie (GM), takich jak rośliny odporne na herbicydy, rośliny, które dają więcej owoców w porównaniu z hodowlą konwencjonalną, rośliny GM odporne na zimno, uprawy o lepszych ogólnych plonach, żywność o wyższej wartości odżywczej itp. na.

Mówiąc szerzej, w XXI wieku organizmy modyfikowane genetycznie (GMO) stały się tematem gorącym w Rynki europejskie i amerykańskie ze względu na obawy dotyczące bezpieczeństwa żywności i etyki biznesowej związane z modyfikacją genetyczną upraw.

Zwierzęta modyfikowane genetycznie: Jednym z przykładów żywności GM w świecie zwierząt hodowlanych jest hodowla kurczaków, które rosną i rosną szybciej, aby wyprodukować więcej mięsa z piersi. Takie praktyki związane z technologią rekombinacji DNA budzą obawy natury etycznej ze względu na ból i dyskomfort, jaki może powodować u zwierząt.

Edytowanie genów: Przykładem edycji genów lub edycji genomu jest: CRISPR, lub zgrupowane regularnie rozmieszczone krótkie powtórzenia palindromiczne. Proces ten jest „zapożyczony” z metody stosowanej przez bakterie do obrony przed wirusami. Obejmuje wysoce ukierunkowaną modyfikację genetyczną różnych części docelowego genomu.

W CRISPR, przewodnik kwasu rybonukleinowego (gRNA), cząsteczka o tej samej sekwencji, co miejsce docelowe w genomie, jest połączona w komórce gospodarza z endonukleazą zwaną Cas9. gRNA zwiąże się z docelowym miejscem DNA, ciągnąc za sobą Cas9. Ta edycja genomu może skutkować „nokautowaniem” złego genu (takiego jak wariant związany z wywoływaniem raka), aw niektórych przypadkach pozwala na zastąpienie złego genu pożądanym wariantem.