Modificare genetică: definiție, tipuri, proces, exemple

A genă, din punct de vedere biochimic de bază, este un segment al acidul dezoxiribonucleic (ADN) în interiorul fiecărei celule a unui organism care poartă codul genetic pentru asamblarea unui anumit produs proteic. La un nivel mai funcțional și dinamic, genele determină ce organisme - animale, plante, ciuperci și chiar bacterii - sunt și în ce sunt destinate să se dezvolte.

În timp ce comportamentul genelor este influențat de factori de mediu (de exemplu, nutriție) și chiar de alte gene, compoziția dvs. material genetic dictează copleșitor aproape totul despre tine, vizibil și nevăzut, de la dimensiunea corpului tău până la răspunsul tău la invadatorii microbieni, alergeni și alți agenți externi.

Abilitatea de a schimba, modifica sau proiecta gene în moduri specifice ar introduce, prin urmare, opțiunea de a putea să creeze organisme deosebit de personalizate - inclusiv oameni - folosind combinații date de ADN despre care se știe că conțin anumite gene.

Procesul de modificare a unui organism

Dezvoltările asociate au provocat atât entuziasm la perspectiva îmbunătățirii sănătății umane și a calității vieții, cât și la o serie de probleme etice spinoase și inevitabile pe diferite fronturi.

Modificatie genetica este orice proces prin care genele sunt manipulate, schimbate, șterse sau ajustate pentru a amplifica, schimba sau regla o anumită caracteristică a unui organism. Este manipularea trăsăturilor la nivelul absolut rădăcină - sau celular.

Luați în considerare diferența dintre stilul de păr în mod obișnuit într-un anumit mod și posibilitatea de a vă controla culoarea, lungimea și părul aranjament general (de exemplu, drept versus buclat) fără a utiliza produse de îngrijire a părului, bazându-se în schimb pe oferirea unor componente nevăzute ale instrucțiunile corpului referitoare la modul de realizare și asigurare a rezultatului cosmetic dorit și veți obține o idee despre ceea ce este modificarea genetică despre.

Deoarece toate organismele vii conțin ADN, ingineria genetică poate fi efectuată asupra oricărui organism, de la bacterii la plante și la ființe umane.

Pe măsură ce citiți acest lucru, domeniul ingineriei genetice crește cu noi posibilități și practici în domeniile agriculturii, medicinei, producției și altor tărâmuri.

Este important să înțelegem diferența dintre schimbarea literală a genelor și comportamentul într-un mod care profită de o genă existentă.

Multe gene nu funcționează independent de mediul în care trăiește organismul părinte. Obiceiuri dietetice, stresuri de diferite tipuri (de exemplu, boli cronice, care pot avea sau nu o bază genetică proprie) și alte lucruri organismele care se confruntă în mod obișnuit pot afecta expresia genelor sau nivelul la care genele sunt utilizate pentru a produce produsele proteice pentru care acestea cod.

Dacă provii dintr-o familie de oameni care sunt înclinați genetic să fie mai înalți și mai grei decât media și aspiri la o carieră atletică într-un sport care favorizează puterea și dimensiunea, cum ar fi baschetul sau hocheiul, puteți ridica greutăți și puteți mânca o cantitate robustă de alimente pentru a vă maximiza șansele de a fi la fel de mari și puternici ca posibil.

Dar acest lucru este diferit de posibilitatea de a introduce noi gene în ADN-ul dvs. care garantează practic un nivel previzibil de creștere musculară și osoasă și, în cele din urmă, un om cu toate trăsăturile tipice ale unui vedeta sportului.

Există multe tipuri de tehnici de inginerie genetică și nu toate necesită manipularea materialului genetic folosind echipamente sofisticate de laborator.

De fapt, orice proces care implică manipularea activă și sistematică a unui organism Fondului genetic, sau suma genelor din orice populație care se reproduce prin reproducere (adică sexual), se califică drept inginerie genetică. Unele dintre aceste procese, desigur, sunt într-adevăr la vârful tehnologiei.

Selecție artificială: De asemenea, numită selecție simplă sau reproducere selectivă, selecția artificială este alegerea organismelor părinte cu un genotip cunoscut să producă descendenți în cantități care nu ar apărea dacă natura ar fi singurul inginer sau, cel puțin, s-ar produce numai într-un timp mult mai mare solzi.

Când fermierii sau crescătorii de câini aleg ce plante sau animale să reproducă pentru a asigura descendenții cu anumite caracteristicile pe care oamenii le consideră de dorit din anumite motive, practică o formă cotidiană de genetică modificare.

Mutageneză indusă: Aceasta este utilizarea razelor X sau a substanțelor chimice pentru a induce mutații (modificări neplanificate, adesea spontane ale ADN-ului) în gene specifice sau secvențe de ADN ale bacteriilor. Poate duce la descoperirea variantelor genetice care au performanțe mai bune (sau, dacă este necesar, mai slabe) decât gena „normală”. Acest proces poate ajuta la crearea de noi „linii” de organisme.

Mutațiile, deși sunt deseori dăunătoare, sunt, de asemenea, sursa fundamentală a variabilității genetice a vieții pe Pământ. Ca rezultat, inducerea lor în număr mare, în timp ce sigur creează populații de organisme mai puțin potrivite, de asemenea crește probabilitatea unei mutații benefice, care poate fi apoi exploatată în scopuri umane folosind suplimentar tehnici.

Vectorii virali sau plasmidici: Oamenii de știință pot introduce o genă într-un fag (un virus care infectează bacteriile sau rudele lor procariote, Archaea) sau plasmidă vector, apoi plasați plasmida modificată sau fagul în alte celule pentru a introduce noua genă în acele celule.

Aplicațiile acestor procese includ creșterea rezistenței la boli, depășirea rezistenței la antibiotice și îmbunătățirea capacității unui organism de a rezista factorilor stresanți ai mediului, cum ar fi temperaturile extreme și toxine. Alternativ, utilizarea unor astfel de vectori poate amplifica o caracteristică existentă în loc să creeze una nouă.

Folosind tehnologia de creștere a plantelor, o plantă poate fi „comandată” să înflorească mai des sau bacteriile pot fi induse să producă o proteină sau o substanță chimică pe care în mod normal nu o vor face.

Vectorii retrovirali: Aici, porțiuni de ADN care conțin anumite gene sunt introduse în aceste tipuri speciale de viruși, care apoi transportă materialul genetic în celulele unui alt organism. Acest material este încorporat în genomul gazdei, astfel încât să poată fi exprimat împreună cu restul ADN-ului din acel organism.

În termeni simpli, acest lucru implică tăierea unui fir de ADN gazdă folosind enzime speciale, introducerea noii genă în golul creat de tăierea și atașarea ADN-ului la ambele capete ale genei la gazdă ADN.

Tehnologia „Knock in, knock out”: După cum sugerează și numele său, acest tip de tehnologie permite ștergerea completă sau parțială a anumitor secțiuni ale ADN-ului sau a anumitor gene („knock out”). Pe o linie similară, inginerii umani care stau la baza acestei forme de modificare genetică pot alege când și cum să activeze („bate”) o nouă secțiune de ADN sau o nouă genă.

Injectarea genelor în organismele născute: Injectarea genelor sau a vectorilor care conțin gene în ouă (ovocite) pot încorpora noile gene în genomul embrionului în curs de dezvoltare, care sunt deci exprimate în organismul care în cele din urmă rezultate.

Clonarea genelor este un exemplu de utilizare a vectorilor plasmidici. Plasmidele, care sunt bucăți circulare de ADN, sunt extrase dintr-o celulă bacteriană sau de drojdie. Enzime de restricție, care sunt proteine ​​care „taie” ADN-ul în locuri specifice de-a lungul moleculei, sunt folosite pentru a rupe ADN-ul, creând un fir liniar din molecula circulară. Apoi, ADN-ul genei dorite este „lipit” în plasmidă, care este introdusă în alte celule.

În cele din urmă, acele celule încep să citească și să codeze gena care a fost adăugată artificial la plasmidă.

Continut Asemanator: Definiție ARN, funcție, structură

Clonarea genică include patru pași de bază. În exemplul următor, scopul dvs. este să produceți o tulpină de E. coli bacterii care strălucesc în întuneric. (De obicei, desigur, aceste bacterii nu posedă această proprietate; dacă ar face-o, locurile precum sistemele de canalizare ale lumii și multe dintre căile navigabile naturale ar lua un caracter distinct diferit, așa cum ar fi E. coli sunt predominante în tractul gastro-intestinal uman.)

1. Izolați ADN-ul dorit. În primul rând, trebuie să găsiți sau să creați o genă care codifică o proteină cu proprietatea necesară - în acest caz, strălucind în întuneric. Anumite meduze produc astfel de proteine, iar gena responsabilă a fost identificată. Această genă se numește ADN țintă. În același timp, trebuie să determinați ce plasmidă veți folosi; acesta este vector ADN.

2. Despicați ADN-ul folosind enzime de restricție. Aceste proteine ​​menționate mai sus, numite și endonucleaze de restricție, sunt abundente în lumea bacteriană. În acest pas, utilizați aceeași endonuclează pentru a tăia atât ADN-ul țintă, cât și ADN-ul vector.

Unele dintre aceste enzime taie direct pe ambele fire ale moleculei de ADN, în timp ce în alte cazuri fac o tăiere „eșalonată”, lăsând expuse lungimi mici de ADN monocatenar. Acestea din urmă sunt numite capete lipicioase.

3. Combinați ADN-ul țintă și ADN-ul vector. Acum puneți cele două tipuri de ADN împreună cu o enzimă numită ADN ligază, care funcționează ca un fel elaborat de lipici. Această enzimă inversează activitatea endonucleazei prin unirea capetelor moleculelor împreună. Rezultatul este un himeră, sau o suvită de ADN recombinant.

• Insulina umană, printre multe alte substanțe chimice vitale, poate fi fabricată folosind tehnologia recombinantă.

4. Introduceți ADN-ul recombinant în celula gazdă. Acum, aveți gena de care aveți nevoie și un mijloc de a o transporta acolo unde îi aparține. Există o serie de modalități de a face acest lucru, printre ele transformare, în care așa-numitele celule competente mătură noul ADN și electroporare, în care se folosește un impuls de electricitate pentru a perturba pe scurt membrana celulară pentru a permite moleculei de ADN să pătrundă în celulă.

Selecție artificială: Crescătorii de câini pot alege pentru diferite trăsături, în special culoarea hainei. Dacă un anumit crescător de câini Labrador observă o creștere a cererii pentru o anumită culoare a rasei, el sau ea se poate reproduce în mod sistematic pentru culoarea în cauză.

Terapia genică: La cineva cu o genă defectă, o copie a genei de lucru poate fi introdusă în celulele persoanei respective, astfel încât proteina necesară să poată fi făcută folosind ADN străin.

Culturi modificate genetic: Metodele agricole de modificare genetică pot fi utilizate pentru a crea culturi modificate genetic (GM), cum ar fi plantele rezistente la erbicide, culturi care produc mai multe fructe comparativ cu reproducerea convențională, plantele modificate genetic care sunt rezistente la frig, culturile cu un randament global îmbunătățit al recoltei, alimentele cu o valoare nutrițională mai mare și așa pe.

Mai general, în secolul XXI, organismele modificate genetic (OMG-uri) au înflorit într-o problemă Piețele europene și americane, atât din cauza siguranței alimentelor, cât și a preocupărilor de etică în afaceri legate de modificarea genetică de culturi.

Animale modificate genetic: Un exemplu de alimente modificate genetic în lumea animalelor este creșterea puilor care cresc mai repede și mai repede pentru a produce mai multă carne de sân. Practicile tehnologiei ADN-ului recombinant, precum acestea, ridică îngrijorări etice din cauza durerii și disconfortului pe care le poate provoca animalelor.

Editarea genelor: Un exemplu de editare genică, sau editarea genomului, este CRISPR, sau grupate în mod regulat, intercalate repetări palindromice scurte. Acest proces este „împrumutat” dintr-o metodă utilizată de bacterii pentru a se apăra împotriva virușilor. Aceasta implică o modificare genetică foarte vizată a diferitelor porțiuni ale genomului țintă.

În CRISPR, ghidează acidul ribonucleic (gARN), o moleculă cu aceeași secvență ca situsul țintă din genom, este combinată în celula gazdă cu o endonuclează numită Cas9. ARNg se va lega de situsul ADN țintă, trăgând Cas9 împreună cu acesta. Această editare a genomului poate duce la „eliminarea” unei gene rele (cum ar fi o variantă implicată în provocarea cancerului) și, în unele cazuri, permite înlocuirea genei rele cu o variantă dorită.