Biotechnológia a genetické inžinierstvo: prehľad

Biotechnológia je oblasť biologických vied, ktorá využíva živé organizmy a biologické systémy na vytváranie modifikovaných alebo nových organizmov alebo užitočných produktov. Hlavnou zložkou biotechnológie je genetické inžinierstvo.

Populárny koncept biotechnológie je jedným z najmodernejších experimentov prebiehajúcich v laboratóriách priemyselný pokrok, ale biotechnológia je oveľa viac integrovaná do každodenného života väčšiny ľudí ako ona zdá sa.

Vakcíny, ktoré dostanete, sójová omáčka, syr a chlieb, ktoré si kúpite v obchode s potravinami, plasty vo vašej každodennej starostlivosti životné prostredie, vaše bavlnené oblečenie odolné proti vráskam, čistenie po správach o únikoch oleja a ďalšie biotechnológia. Všetci „zamestnávajú“ živé mikróby, aby vytvorili produkt.

Aj krvný test na lymskú boreliózu, chemoterapia rakoviny prsníka alebo injekcia inzulínu môžu byť výsledkom biotechnológie.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Biotechnológia sa spolieha na oblasť genetického inžinierstva, ktoré modifikuje DNA tak, aby zmenila funkciu alebo iné vlastnosti živých organizmov.

Skorým príkladom toho je selektívny chov rastlín a zvierat pred tisíckami rokov. Vedci dnes upravujú alebo prenášajú DNA z jedného druhu na druhý. Biotechnológia využíva tieto procesy pre širokú škálu priemyselných odvetví, vrátane medicíny, potravinárstva a poľnohospodárstva, výroby a biopalív.

Bez nich by biotechnológia nebola možná genetické inžinierstvo. V moderných podmienkach tento proces manipuluje s genetickými informáciami buniek pomocou laboratórnych techník, aby zmenil znaky živých organizmov.

Vedci môžu pomocou genetického inžinierstva zmeniť spôsob, akým organizmus vyzerá, chová sa, funguje alebo interaguje s konkrétnymi materiálmi alebo stimulmi vo svojom prostredí. Genetické inžinierstvo je možné vo všetkých živých bunkách; patria sem mikroorganizmy, ako sú baktérie, a jednotlivé bunky mnohobunkových organizmov, ako sú rastliny a zvieratá. Dokonca aj ľudský genóm je možné tieto techniky upravovať.

Vedci niekedy menia genetické informácie v bunke tak, že priamo menia svoje gény. V iných prípadoch sa kúsky DNA z jedného organizmu implantujú do buniek iného organizmu. Nové hybridné bunky sa nazývajú transgénne.

Genetické inžinierstvo sa môže javiť ako ultramoderný technologický pokrok, ale používa sa už desiatky rokov v mnohých oblastiach. V skutočnosti má moderné genetické inžinierstvo korene v prastarých ľudských praktikách, ktoré ako prvé definoval Charles Darwin umelý výber.

Umelý výber, ktorý sa tiež nazýva šľachtenie, je metóda zámerného výberu páriacich párov pre rastliny, zvieratá alebo iné organizmy na základe požadovaných vlastností. Dôvodom je vytváranie potomkov s týmito vlastnosťami a opakovanie procesu s budúcimi generáciami s cieľom postupne posilňovať vlastnosti v populácii.

Aj keď umelý výber nevyžaduje mikroskopiu ani iné moderné laboratórne vybavenie, je to účinná forma genetického inžinierstva. Aj keď to začalo ako starodávna technika, ľudia ju používajú dodnes.

Bežné príklady zahŕňajú:

• Chov hospodárskych zvierat.
• Vytváranie kvetinových odrôd.
• Chov zvierat, ako sú hlodavce alebo primáty, so špecifickými požadovanými vlastnosťami, ako je náchylnosť na choroby pre výskumné štúdie.

Prvým známym príkladom ľudí zapojených do umelého výberu organizmu je vzostup Canis lupus familiaris, alebo ako je všeobecne známejšie, pes. Asi pred 32 000 rokmi žili ľudia v oblasti východnej Ázie, ktorá je dnes Čínou, v skupinách lovcov a zberačov. Divokí vlci sledovali ľudské skupiny a čistili sa na zdochlinách, ktoré po sebe zanechali poľovníci.

Vedci si myslia, že je veľmi pravdepodobné, že ľudia dovolili žiť iba poslušným vlkom, ktorí nehrozili. Týmto spôsobom sa rozvetvenie psov od vlkov začalo samostatným výberom ako jedincov s danou vlastnosťou ktoré im umožnilo tolerovať prítomnosť ľudí, sa stali domestikovanými spoločníkmi k lovci-zberači.

Ľudia sa nakoniec začali zámerne domestikovať a potom chovať generácie psov pre požadované vlastnosti, najmä dohľadnosť. Psy sa stali vernými a ochrannými spoločníkmi človeka. Po tisíce rokov ich ľudia selektívne chovali pre špecifické črty, ako je dĺžka a farba srsti, veľkosť očí a dĺžka ňufáka, veľkosť tela, dispozícia a ďalšie.

Divokí vlci z východnej Ázie spred 32 000 rokov, ktorí sa pred 32 000 rokmi rozdelili na psy, zahŕňajú takmer 350 rôznych plemien psov. Tieto prvé psy sú geneticky najbližšie k moderným psom, ktoré sa nazývajú čínski pôvodní psi.

Umelý výber sa prejavoval inými spôsobmi aj v starodávnych ľudských kultúrach. Keď sa ľudia pohybovali smerom k poľnohospodárskym spoločnostiam, využívali umelý výber so zvyšujúcim sa počtom rastlinných a živočíšnych druhov.

Domestikovali zvieratá tým, že ich chovali generáciu za generáciou, iba párili potomkov, ktoré vykazovali požadované vlastnosti. Tieto vlastnosti záviseli od účelu zvieraťa. Napríklad moderné domestikované kone sa bežne používajú v mnohých kultúrach na prepravu a ako balíkové zvieratá, ktoré sú súčasťou skupiny zvierat bežne nazývaných príšerky.

Preto črty, ktoré mohli chovatelia koní hľadať, sú poslušnosť a sila, ako aj odolnosť v chlade alebo teple a schopnosť chovať v zajatí.

Staroveké spoločnosti využívali genetické inžinierstvo aj inak ako umelou selekciou. Pred 6 000 rokmi používali Egypťania kvasnice na kysnutie chleba a kvasené kvasnice na výrobu vína a piva.

Moderné genetické inžinierstvo sa deje v laboratóriu namiesto selektívneho šľachtenia, pretože gény sú kopírovať a presúvať z jedného kúska DNA do druhého alebo z bunky jedného organizmu do druhého organizmu DNA. To sa spolieha na kruh DNA nazývaný a plazmid.

Plazmidy sú prítomné v bakteriálnych a kvasinkových bunkách a sú oddelené od chromozómov. Aj keď oba obsahujú DNA, plazmidy nie sú zvyčajne potrebné na prežitie bunky. Zatiaľ čo bakteriálne chromozómy obsahujú tisíce génov, plazmidy obsahujú iba toľko génov, koľko by ste spočítali na jednej ruke. Vďaka tomu je s nimi oveľa jednoduchšie manipulovať a analyzovať.

Objav v 60. rokoch 20. storočia reštrikčné endonukleázy, taktiež známy ako reštrikčné enzýmy, viedlo k prielomu v úprave génov. Tieto enzýmy štiepia DNA na špecifických miestach v reťazci základné páry.

Páry báz sú spojené nukleotidy ktoré tvoria reťazec DNA. V závislosti na druhu baktérie bude reštrikčný enzým špecializovaný na rozpoznávanie a rezanie rôznych sekvencií párov báz.

Súvisiaci obsah: Definícia molekulárnej biológie

Vedci zistili, že boli schopní pomocou reštrikčných enzýmov vystrihnúť kúsky plazmidových kruhov. Potom boli schopní zaviesť DNA z iného zdroja.

Iný enzým tzv DNA ligáza pripojí cudziu DNA k pôvodnému plazmidu v prázdnej medzere, ktorá zostala po chýbajúcej sekvencii DNA. Konečným výsledkom tohto procesu je plazmid s cudzím génovým segmentom, ktorý sa nazýva a vektor.

Ak bol zdrojom DNA iný druh, volá sa nový plazmid rekombinantná DNA, alebo a chiméra. Len čo sa plazmid znovu zavedie do bakteriálnej bunky, nové gény sa exprimujú, akoby táto baktéria vždy mala toto genetické zloženie. Keď sa baktéria replikuje a rozmnožuje, bude sa kopírovať aj gén.

Ak je cieľom zaviesť novú DNA do bunky organizmu, ktorý nie je baktériou, sú potrebné rôzne techniky. Jedným z nich je a génová zbraň, ktorý odstreľuje veľmi malé častice prvkov ťažkých kovov potiahnuté rekombinantnou DNA v tkanive rastlín alebo zvierat.

Dve ďalšie techniky vyžadujú využitie sily procesov infekčných chorôb. Bakteriálny kmeň tzv Agrobacterium tumefaciens infikuje rastliny a spôsobuje rast nádorov v rastline. Vedci odstránia gény spôsobujúce choroby z plazmidu zodpovedného za nádory, ktorý sa nazýva Tialebo plazmid indukujúci nádor. Nahradzujú tieto gény akýmikoľvek génmi, ktoré chcú preniesť do rastliny, aby sa rastlina „infikovala“ požadovanou DNA.

Súvisiaci obsah: Bunková biológia: Prehľad prokaryotických a eukaryotických buniek

Vírusy často napádajú ďalšie bunky, od baktérií po ľudské bunky, a vkladajú do nich svoju vlastnú DNA. A vírusový vektor je používaný vedcami na prenos DNA do rastlinnej alebo živočíšnej bunky. Gény spôsobujúce ochorenie sa odstránia a nahradia požadovanými génmi, ktoré môžu obsahovať markerové gény, ktoré signalizujú, že došlo k prenosu.

Prvýkrát sa moderná genetická modifikácia uskutočnila v roku 1973, keď Herbert Boyer a Stanley Cohen preniesli gén z jedného kmeňa baktérií do druhého. Gén kódoval rezistenciu na antibiotiká.

V nasledujúcom roku vedci vytvorili prvý prípad geneticky modifikovaného zvieraťa, keď Rudolf Jaenisch a Beatrice Mintz úspešne vložili cudziu DNA do myších embryí.

Vedci začali aplikovať genetické inžinierstvo na široké pole organizmov kvôli množiacemu sa množstvu nových technológií. Napríklad vyvinuli rastliny s herbicídnou rezistenciou, aby poľnohospodári mohli postrekovať burinu bez poškodenia ich úrody.

Upravili tiež potraviny, najmä zeleninu a ovocie, aby narástli oveľa väčšie a vydržali dlhšie ako ich nemodifikovaní bratranci.

Genetické inžinierstvo je základom biotechnológie, pretože biotechnologický priemysel je vo všeobecnom zmysle rozsiahla oblasť, ktorá zahŕňa využitie iných živých druhov pre potreby ľudí.

Vaši predkovia spred tisíc rokov, ktorí selektívne chovali psy alebo určité plodiny, využívali biotechnológie. Rovnako tak sú na tom aj súčasní poľnohospodári a chovatelia psov, rovnako ako každá pekáreň alebo vinárstvo.

Súvisiaci obsah: Ako kontaktovať svojho zástupcu ohľadom zmeny podnebia

Priemyselná biotechnológia sa používa ako zdroj paliva; tu vzniká pojem „biopalivá“. Mikroorganizmy spotrebúvajú tuky a premieňajú ich na etanol, ktorý je spotrebným zdrojom paliva.

Enzýmy sa používajú na výrobu chemikálií s nižšími nákladmi a nákladmi ako tradičné metódy alebo na čistenie výrobných procesov rozkladom chemických vedľajších produktov.

Od liečby kmeňovými bunkami cez zdokonalené krvné testy až po rôzne liečivá zmenila tvár zdravotnej starostlivosti biotechnológia. Spoločnosti zaoberajúce sa lekárskou biotechnológiou používajú mikróby na výrobu nových liekov, ako napr monoklonálne protilátky (tieto lieky sa používajú na liečbu rôznych stavov vrátane rakoviny), antibiotík, vakcín a hormónov.

Významným pokrokom v medicíne bol vývoj procesu výroby syntetického inzulínu pomocou genetického inžinierstva a mikróbov. DNA pre ľudský inzulín sa vloží do baktérií, ktoré sa replikujú a rastú a produkujú inzulín, kým sa inzulín nemôže zhromaždiť a vyčistiť.

V roku 1991 spoločnosť Ingo Potrykus pomocou výskumu poľnohospodárskej biotechnológie vyvinula druh ryže obohatenej o beta karotén, ktorý telo konvertuje na vitamín A a je ideálne ho pestovať v ázijských krajinách, kde je obzvlášť dôležitá detská slepota z nedostatku vitamínu A. problém.

Nesprávna komunikácia medzi vedeckou komunitou a verejnosťou viedla k veľkým polemikám o geneticky modifikovaných organizmoch alebo GMO. Tam bol taký strach a výkriky nad geneticky modifikovaný potravinársky výrobok, ako je napríklad zlatá ryža, že napriek tomu, že boli rastliny pripravené na distribúciu ázijským poľnohospodárom v roku 1999, táto distribúcia ešte došlo.