Biotehnologie și inginerie genetică: o prezentare generală

Biotehnologie este un domeniu al științei vieții care folosește organisme vii și sisteme biologice pentru a crea organisme modificate sau noi sau produse utile. O componentă majoră a biotehnologiei este Inginerie genetică.

Conceptul popular de biotehnologie este unul dintre experimentele care au loc în laboratoare și de ultimă generație progresele industriale, dar biotehnologia este mult mai integrată în viața de zi cu zi a majorității oamenilor decât ea pare.

Vaccinurile pe care le primiți, sosul de soia, brânza și pâinea pe care le cumpărați la magazinul alimentar, materialele plastice din cotidian mediul înconjurător, îmbrăcămintea dvs. din bumbac rezistent la riduri, curățarea după știri despre scurgeri de petrol și multe altele sunt exemple biotehnologie. Toți „angajează” microbi vii pentru a crea un produs.

Chiar și un test de sânge al bolii Lyme, un tratament de chimioterapie pentru cancerul de sân sau o injecție cu insulină ar putea fi rezultatul biotehnologiei.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Biotehnologia se bazează pe domeniul ingineriei genetice, care modifică ADN-ul pentru a modifica funcția sau alte trăsături ale organismelor vii.

Exemplele timpurii ale acestui fapt sunt reproducerea selectivă a plantelor și animalelor cu mii de ani în urmă. Astăzi, oamenii de știință editează sau transferă ADN de la o specie la alta. Biotehnologia valorifică aceste procese pentru o mare varietate de industrii, inclusiv medicină, alimente și agricultură, producție și biocombustibili.

Biotehnologia nu ar fi posibilă fără Inginerie genetică. În termeni moderni, acest proces manipulează informațiile genetice ale celulelor folosind tehnici de laborator pentru a schimba trăsăturile organismelor vii.

Oamenii de știință pot folosi ingineria genetică pentru a schimba modul în care un organism arată, se comportă, funcționează sau interacționează cu materiale sau stimuli specifici din mediul său. Ingineria genetică este posibilă în toate celulele vii; aceasta include microorganisme precum bacteriile și celulele individuale ale organismelor multicelulare, cum ar fi plantele și animalele. Pana si genomul uman pot fi editate folosind aceste tehnici.

Uneori, oamenii de știință modifică informațiile genetice dintr-o celulă modificându-le direct genele. În alte cazuri, bucăți de ADN dintr-un organism sunt implantate în celulele altui organism. Se numesc noile celule hibride transgenic.

Ingineria genetică poate părea un avans tehnologic ultramodern, dar a fost folosită de zeci de ani, în numeroase domenii. De fapt, ingineria genetică modernă își are rădăcinile în vechile practici umane care au fost definite pentru prima dată de Charles Darwin ca fiind selecție artificială.

Selecție artificială, care se numește și reproducere selectivă, este o metodă de alegere deliberată a perechilor de împerechere pentru plante, animale sau alte organisme pe baza trăsăturilor dorite. Motivul pentru a face acest lucru este de a crea descendenți cu aceste trăsături și de a repeta procesul cu generațiile viitoare pentru a consolida treptat trăsăturile din populație.

Deși selecția artificială nu necesită microscopie sau alte echipamente avansate de laborator, este o formă eficientă de inginerie genetică. Deși a început ca o tehnică veche, oamenii o folosesc și astăzi.

Exemple comune includ:

• Creșterea animalelor.
• Crearea soiurilor de flori.
• Animale de reproducție, cum ar fi rozătoarele sau primatele, cu trăsături specifice dorite, cum ar fi susceptibilitatea la boli pentru studii de cercetare.

Primul exemplu cunoscut de oameni care se angajează în selecția artificială a unui organism este creșterea Canis lupus familiaris, sau așa cum se știe mai des, câinele. În urmă cu aproximativ 32.000 de ani, oamenii dintr-o zonă din Asia de Est, care este acum China, trăiau în grupuri de vânători-culegători. Lupii sălbatici au urmat grupurile umane și au scăpat de carcase pe care vânătorii le-au lăsat în urmă.

Oamenii de știință cred că este cel mai probabil ca oamenii să permită să trăiască doar lupii docili care nu reprezentau o amenințare. În acest fel, ramificarea câinilor de la lupi a început prin auto-selecție, ca indivizi cu trăsătura care le-a permis să tolereze prezența oamenilor au devenit tovarășii domestici ai vânători-culegători.

În cele din urmă, oamenii au început să domesticească în mod intenționat și apoi să genereze generații de câini pentru trăsăturile dorite, în special docilitatea. Câinii au devenit tovarăși loiali și de protecție față de oameni. De-a lungul a mii de ani, oamenii le-au crescut selectiv pentru trăsături specifice, cum ar fi lungimea și culoarea hainei, dimensiunea ochilor și lungimea botului, dimensiunea corpului, dispoziția și multe altele.

Lupii sălbatici din Asia de Est de acum 32.000 de ani care s-au despărțit în urmă cu 32.000 de ani în câini cuprind aproape 350 de rase de câini diferite. Acești câini timpurii sunt în strânsă legătură genetică cu câinii moderni numiți câini nativi chinezi.

Selecția artificială s-a manifestat și în alte moduri în culturile umane antice. Pe măsură ce oamenii s-au îndreptat către societățile agricole, au folosit selecția artificială cu un număr tot mai mare de specii de plante și animale.

Au domesticit animalele crescându-le generație după generație, împerecherea doar descendenții care prezentau trăsăturile dorite. Aceste trăsături depindeau de scopul animalului. De exemplu, caii domestici moderni sunt folosiți în mod obișnuit în multe culturi ca transport și ca animale de pachet, parte a unui grup de animale numit în mod obișnuit fiare de povară.

Prin urmare, trăsăturile pe care ar fi putut să le caute crescătorii de cai sunt docilitatea și rezistența, precum și robustețea la frig sau căldură și abilitatea de a se reproduce în captivitate.

Societățile antice au folosit ingineria genetică și în alte moduri decât selecția artificială. Acum 6.000 de ani, egiptenii foloseau drojdie pentru a dospe pâine și drojdie fermentată pentru a face vin și bere.

Ingineria genetică modernă se întâmplă într-un laborator în loc de reproducere selectivă, deoarece genele sunt copiat și mutat de la o bucată de ADN la alta sau de la celula unui organism la altul ADN. Aceasta se bazează pe un inel de ADN numit a plasmidă.

Plasmide sunt prezente în celulele bacteriene și de drojdie și sunt separate de cromozomi. Deși ambele conțin ADN, plasmidele nu sunt de obicei necesare pentru ca celula să supraviețuiască. În timp ce cromozomii bacterieni conțin mii de gene, plasmidele conțin doar atâtea gene, pe cât ați conta pe o singură mână. Acest lucru le face mult mai simple de manipulat și analizat.

Descoperirea din anii 1960 a endonucleaze de restricție, de asemenea cunoscut ca si enzime de restricție, a dus la o descoperire în editarea genelor. Aceste enzime taie ADN-ul în locații specifice din lanțul de Perechi de baze.

Perechile de bază sunt legate nucleotide care formează catena ADN. În funcție de speciile de bacterii, enzima de restricție va fi specializată pentru a recunoaște și tăia diferite secvențe de perechi de baze.

Continut Asemanator: Definiția biologiei moleculare

Oamenii de știință au descoperit că au putut utiliza enzimele de restricție pentru a tăia bucăți din inelele plasmidice. Au putut apoi să introducă ADN dintr-o altă sursă.

O altă enzimă numită ADN ligază atașează ADN-ul străin la plasmida originală în golul lăsat de secvența de ADN lipsă. Rezultatul final al acestui proces este o plasmidă cu un segment de genă străin, care se numește a vector.

Dacă sursa ADN a fost o altă specie, noua plasmidă este numită ADN recombinant, sau a himeră. Odată ce plasmida este reintrodusă în celula bacteriană, noile gene sunt exprimate ca și cum bacteria ar fi posedat întotdeauna acea structură genetică. Pe măsură ce bacteria se reproduce și se înmulțește, gena va fi, de asemenea, copiată.

Dacă scopul este de a introduce noul ADN în celula unui organism care nu este bacterie, sunt necesare diferite tehnici. Unul dintre acestea este un pistol genetic, care aruncă particule foarte mici de elemente de metal greu acoperite cu ADN recombinant la țesutul vegetal sau animal.

Alte două tehnici necesită valorificarea puterii proceselor de boli infecțioase. O tulpină bacteriană numită Agrobacterium tumefaciens infectează plantele, determinând creșterea tumorilor în plantă. Oamenii de știință îndepărtează genele cauzatoare de boli din plasmida responsabilă de tumori, numită Ti, sau plasmida care induce tumori. Aceștia înlocuiesc aceste gene cu orice gene doresc să le transfere în plantă, astfel încât planta să fie „infectată” cu ADN-ul dorit.

Continut Asemanator: Biologia celulară: o prezentare generală a celulelor procariote și eucariote

Virușii invadează adesea alte celule, de la bacterii la celule umane, și își introduc propriul ADN. A vector viral este folosit de oamenii de știință pentru a transfera ADN-ul într-o plantă sau celulă animală. Genele cauzatoare de boli sunt îndepărtate și înlocuite cu genele dorite, care pot include gene marker pentru a semnala că s-a produs transferul.

Primul exemplu de modificare genetică modernă a fost în 1973, când Herbert Boyer și Stanley Cohen au transferat o genă dintr-o tulpină de bacterii în alta. Gena a codificat rezistența la antibiotice.

În anul următor, oamenii de știință au creat prima instanță a unui animal modificat genetic, când Rudolf Jaenisch și Beatrice Mintz au introdus cu succes ADN străin în embrionii de șoarece.

Oamenii de știință au început să aplice ingineria genetică pe un câmp larg de organisme, pentru un număr în plină dezvoltare de noi tehnologii. De exemplu, au dezvoltat plante cu rezistență la erbicide, astfel încât fermierii să poată pulveriza buruienile fără a le afecta culturile.

De asemenea, au modificat alimentele, în special legumele și fructele, astfel încât să crească mult mai mult și să dureze mai mult decât verii lor nemodificați.

Ingineria genetică este fundamentul biotehnologiei, întrucât industria biotehnologiei este, într-un sens general, un domeniu vast care implică utilizarea altor specii vii pentru nevoile oamenilor.

Strămoșii tăi de acum mii de ani care cresceau câini selectiv sau anumite culturi foloseau biotehnologia. La fel și fermierii și crescătorii de câini moderni, la fel și orice brutărie sau cramă.

Continut Asemanator: Cum să vă contactați reprezentantul despre schimbările climatice

Biotehnologia industrială este utilizată pentru sursele de combustibil; de aici provine termenul „biocombustibili”. Microorganismele consumă grăsimi și le transformă în etanol, care este o sursă de combustibil consumabil.

Enzimele sunt utilizate pentru a produce substanțe chimice cu deșeuri și costuri mai mici decât metodele tradiționale sau pentru a curăța procesele de fabricație prin descompunerea subproduselor chimice.

De la tratamente cu celule stem la teste de sânge îmbunătățite la o varietate de produse farmaceutice, fața asistenței medicale a fost schimbată de biotehnologie. Companiile de biotehnologie medicală utilizează microbi pentru a crea noi medicamente, cum ar fi Anticorpi monoclonali (aceste medicamente sunt utilizate pentru a trata o varietate de afecțiuni, inclusiv cancerul), antibiotice, vaccinuri și hormoni.

Un progres medical semnificativ a fost dezvoltarea unui proces de creare a insulinei sintetice cu ajutorul ingineriei genetice și a microbilor. ADN-ul pentru insulina umană este introdus în bacterii, care se reproduc și cresc și produc insulina, până când insulina poate fi colectată și purificată.

În 1991, Ingo Potrykus a folosit cercetări în biotehnologie agricolă pentru a dezvolta un fel de orez care este fortificat cu betacaroten, pe care organismul se transformă în vitamina A și este ideal pentru a fi cultivat în țările asiatice, unde orbirea copilăriei din cauza deficitului de vitamina A este deosebită problemă.

Comunicarea greșită între comunitatea științifică și public a dus la mari controverse cu privire la organismele modificate genetic sau OMG-uri. A fost o astfel de frică și strigăte peste un produs alimentar modificat genetic, cum ar fi Golden Rice, așa cum se numește, că, în ciuda faptului că plantele sunt pregătite pentru distribuție către fermierii asiatici în 1999, această distribuție nu a fost încă a avut loc.