Genetická modifikácia: definícia, typy, proces, príklady

A gen, zo základného biochemického hľadiska, je segmentom deoxyribonukleová kyselina (DNA) vo vnútri každej bunky organizmu, ktorá nesie genetický kód na zostavenie konkrétneho proteínového produktu. Na funkčnejšej a dynamickejšej úrovni určujú gény, čo sú to organizmy - zvieratá, rastliny, huby alebo dokonca baktérie - a na čo sa majú vyvíjať.

Zatiaľ čo na chovanie génov majú vplyv faktory životného prostredia (napr. Výživa) a dokonca aj iné gény, zloženie vášho genetický materiál drvivou väčšinou diktuje takmer všetko, čo je o vás viditeľné i neviditeľné, od veľkosti vášho tela až po vašu reakciu na mikrobiálnych útočníkov, alergény a iných vonkajších činiteľov.

Schopnosť konkrétnym spôsobom meniť, upravovať alebo upravovať gény by preto priniesla možnosť byť schopný vytvárať jedinečne prispôsobené organizmy - vrátane ľudí - pomocou daných kombinácií DNA, o ktorých je známe, že obsahujú určité gény.

Proces zmeny organizmu genotyp (voľne povedané, súčet jeho jednotlivých génov), a teda aj jeho genetický „plán“ je známy ako

Súvisiaci vývoj bol vzrušený z perspektívy zlepšenia ľudského zdravia a kvality života aj z množstva tŕnistých a nevyhnutných etických problémov na rôznych frontoch.

Genetická modifikácia je akýkoľvek proces, ktorým sa manipuluje, mení, deletuje alebo upravuje gén s cieľom zosilniť, zmeniť alebo upraviť určitú charakteristiku organizmu. Je to manipulácia so znakmi na absolútnej koreňovej alebo bunkovej úrovni.

Zvážte rozdiel medzi rutinným upravovaním vlasov určitým spôsobom a skutočnou schopnosťou regulovať farbu, dĺžku a farbu vlasov všeobecné usporiadanie (napr. rovné alebo zvlnené) bez použitia akýchkoľvek prostriedkov na starostlivosť o vlasy, namiesto toho sa spolieha na poskytnutie neviditeľných súčastí vášho vlasu. pokyny týkajúce sa tela, ako dosiahnuť a zabezpečiť požadovaný kozmetický výsledok, a získate predstavu o tom, čo je to genetická modifikácia o.

Pretože všetky živé organizmy obsahujú DNA, je možné genetické inžinierstvo uskutočniť na všetkých organizmoch, od baktérií cez rastliny až po človeka.

Keď si to prečítate, oblasť genetického inžinierstva narastá s novými možnosťami a postupmi v oblasti poľnohospodárstva, medicíny, výroby a ďalších oblastí.

Je dôležité pochopiť rozdiel medzi doslova zmenou génov a správaním sa spôsobom, ktorý využíva výhody existujúceho génu.

Mnoho génov nefunguje nezávisle na prostredí, v ktorom žije materský organizmus. Stravovacie návyky, rôzne druhy stresu (napr. Chronické choroby, ktoré môžu alebo nemusia mať svoj vlastný genetický základ) a ďalšie veci organizmy, ktoré bežne čelia, môžu ovplyvniť génovú expresiu alebo úroveň, v ktorej sa gény používajú na výrobu proteínových produktov, pre ktoré sú kód.

Ak pochádzate z rodiny ľudí, ktorí majú geneticky sklon byť vyšší a ťažší ako priemer, a túžite po atletickej kariére v športe, ktorý uprednostňuje silu a veľkosť, ako je basketbal alebo hokej, môžete dvíhať činky a jesť veľké množstvo jedla, aby ste maximalizovali svoje šance na to, aby ste boli rovnako veľkí a silní ako možné.

Ale to sa líši od možnosti vložiť do vašej DNA nové gény, ktoré prakticky zaručujú a predvídateľná úroveň rastu svalov a kostí a nakoniec človek so všetkými typickými znakmi a športová hviezda.

Existuje veľa druhov techník genetického inžinierstva a nie všetky vyžadujú manipuláciu s genetickým materiálom pomocou sofistikovaného laboratórneho vybavenia.

V skutočnosti akýkoľvek proces, ktorý zahŕňa aktívnu a systematickú manipuláciu s organizmom genofondalebo súčet génov v akejkoľvek populácii, ktorá sa množí chovom (t.j. sexuálne), sa kvalifikuje ako genetické inžinierstvo. Niektoré z týchto procesov sú samozrejme na špici technológie.

Umelý výber: Umelý výber, ktorý sa tiež nazýva jednoduchý výber alebo selektívny chov, je výber rodičovských organizmov so známym genotypom plodiť potomstvo v množstvách, ktoré by sa nevyskytovali, keby bola samotná príroda inžinierom, alebo by sa vyskytovali minimálne v oveľa dlhšom čase váhy.

Keď poľnohospodári alebo chovatelia psov vyberú, ktoré rastliny alebo zvieratá sa majú chovať, aby sa s istotou zabezpečilo potomstvo vlastnosti, ktoré ľudia považujú za vhodné z nejakého dôvodu, praktizujú každodennú formu genetiky úprava.

Indukovaná mutagenéza: Jedná sa o použitie röntgenových lúčov alebo chemikálií na vyvolanie mutácií (neplánovaných, často spontánnych zmien DNA) v špecifických génoch alebo DNA sekvenciách baktérií. Môže to mať za následok objavenie génových variantov, ktoré majú lepšiu (alebo v prípade potreby horšiu) schopnosť ako „normálny“ gén. Tento proces môže pomôcť pri vytváraní nových „línií“ organizmov.

Mutácie, aj keď sú často škodlivé, sú tiež základným zdrojom genetickej variability v živote na Zemi. Výsledkom je, že ich vo veľkom množstve vyvolá, aj keď určite vytvorí populácie menej vhodných organizmov zvyšuje pravdepodobnosť prospešnej mutácie, ktorú je potom možné využiť na ľudské účely pomocou ďalších techniky.

Vírusové alebo plazmidové vektory: Vedci môžu zaviesť gén do fágu (vírusu, ktorý infikuje baktérie alebo ich prokaryotických príbuzných, Archaea) alebo plazmid vektor a potom vložte modifikovaný plazmid alebo fág do iných buniek, aby sa do týchto buniek zaviedol nový gén.

Medzi aplikácie týchto procesov patrí zvyšovanie odolnosti proti chorobám, prekonávanie rezistencie na antibiotiká a zlepšenie schopnosti organizmu odolávať stresovým faktorom prostredia, ako sú teplotné extrémy a toxíny. Alternatívne môže použitie takýchto vektorov zosilniť existujúcu charakteristiku namiesto vytvorenia novej.

Pomocou technológie šľachtenia rastlín možno rastline „nariadiť“, aby kvitla častejšie, alebo je možné indukovať baktérie, ktoré produkujú bielkoviny alebo chemikálie, ktoré by za normálnych okolností neboli.

Retrovírusové vektory: Tu sa časti DNA obsahujúce určité gény vkladajú do týchto zvláštnych druhov vírusov, ktoré potom transportujú genetický materiál do buniek iného organizmu. Tento materiál je zabudovaný do hostiteľského genómu, aby sa mohol exprimovať spolu so zvyškom DNA v tomto organizme.

Zjednodušene to znamená odrezať vlákno hostiteľskej DNA pomocou špeciálnych enzýmov a vložiť nové génu do medzery vytvorenej odstrihnutím a pripojením DNA na oboch koncoch génu k hostiteľovi DNA.

Technológia „Knock in, knock out“: Ako naznačuje jeho názov, tento typ technológie umožňuje úplné alebo čiastočné vymazanie určitých častí DNA alebo určitých génov („knock out“). Podobným spôsobom si môžu ľudskí inžinieri, ktorí stoja za touto formou genetickej modifikácie, zvoliť, kedy a ako zapnú („zaklopú“) novú časť DNA alebo nový gén.

Injekcia génov do rodiacich sa organizmov: Injekčné gény alebo vektory, ktoré obsahujú gény do vajíčok (oocytov), ​​môžu obsahovať nové gény genóm vyvíjajúceho sa embrya, ktoré sa preto nakoniec exprimujú v organizme výsledky.

Génové klonovanie je príkladom použitia plazmidových vektorov. Plazmidy, ktoré sú kruhovými kúskami DNA, sa extrahujú z bakteriálnej alebo kvasinkovej bunky. Reštrikčné enzýmy, čo sú proteíny, ktoré „rozrezávajú“ DNA na konkrétnych miestach pozdĺž molekuly, sa používajú na odrezanie DNA a vytvorenie lineárneho vlákna z kruhovej molekuly. Potom sa DNA požadovaného génu „nalepí“ do plazmidu, ktorý sa vloží do ďalších buniek.

Nakoniec tieto bunky začnú čítať a kódovať gén, ktorý sa umelo pridal do plazmidu.

Súvisiaci obsah: Definícia, funkcia, štruktúra RNA

Génové klonovanie zahŕňa štyri základné kroky. V nasledujúcom príklade je vaším cieľom vyrobiť kmeň E. coli baktérie, ktoré svietia v tme. (Tieto baktérie samozrejme túto vlastnosť samozrejme nemajú; ak by sa tak stalo, miesta ako svetová kanalizácia a mnoho jej prírodných vodných tokov by nadobudli zreteľne odlišný charakter, ako E. coli sú prevládajúce v ľudskom gastrointestinálnom trakte.)

1. Izolujte požadovanú DNA. Najprv musíte nájsť alebo vytvoriť gén, ktorý kóduje proteín s požadovanou vlastnosťou - v tomto prípade žiariaci v tme. Určité medúzy také proteíny vytvárajú a bol identifikovaný zodpovedný gén. Tento gén sa nazýva cieľová DNA. Zároveň musíte určiť, aký plazmid budete používať; to je vektorová DNA.

2. Štiepte DNA pomocou reštrikčných enzýmov. Tieto vyššie uvedené proteíny, tiež nazývané reštrikčné endonukleázy, je ich v bakteriálnom svete dostatok. V tomto kroku použijete rovnakú endonukleázu na rezanie cieľovej aj vektorovej DNA.

Niektoré z týchto enzýmov sa prerezávajú priamo cez obidve vlákna molekuly DNA, zatiaľ čo v iných prípadoch vytvárajú „rozložené“ strihy, ktoré nechávajú odhalené malé dĺžky jednovláknovej DNA. Tí druhí sa nazývajú lepivé konce.

3. Spojte cieľovú DNA a vektorovú DNA. Teraz ste spojili dva typy DNA spolu s enzýmom zvaným DNA ligáza, ktorý funguje ako zložitý druh lepidla. Tento enzým obracia prácu endonukleáz spojením koncov molekúl dohromady. Výsledkom je a chiméraalebo reťazec rekombinantná DNA.

• Ľudský inzulín, okrem mnohých ďalších dôležitých chemikálií, je možné vyrobiť pomocou rekombinantnej technológie.

4. Vložte rekombinantnú DNA do hostiteľskej bunky. Teraz máte potrebný gén a prostriedok na jeho prepravu na miesto, kam patrí. Existuje niekoľko spôsobov, ako to urobiť, medzi nimi transformácia, v ktorom takzvané kompetentné bunky zametajú novú DNA a elektroporácia, v ktorom sa impulz elektriny používa na krátke narušenie bunkovej membrány, aby sa molekule DNA umožnil vstup do bunky.

Umelý výber: Chovatelia psov si môžu zvoliť rôzne vlastnosti, najmä farbu srsti. Ak daný chovateľ labradorských retrieverov vidí nárast dopytu po danej farbe plemena, môže systematicky chovať pre príslušnú farbu.

Génová terapia: U niekoho s defektným génom možno do buniek tejto osoby vložiť kópiu fungujúceho génu, aby sa požadovaný proteín mohol pripraviť pomocou cudzej DNA.

GM plodiny: Na výrobu geneticky modifikovaných (GM) plodín, ako sú rastliny odolné voči herbicídom, plodiny, ktoré prinášajú viac ovocia, sa dajú použiť poľnohospodárske metódy s genetickou modifikáciou. v porovnaní s konvenčným šľachtením, GM rastliny odolné voči chladu, plodiny so zlepšenou celkovou úrodou, potraviny s vyššou výživovou hodnotou atď. na.

Všeobecnejšie povedané, v 21. storočí, geneticky modifikované organizmy (GMO), vykvetli v horúcej otázke v Európsky a americký trh z dôvodu bezpečnosti potravín aj etiky obchodnej etiky okolo genetickej modifikácie plodín.

Geneticky modifikované zvieratá: Jedným z príkladov GM potravín vo svete hospodárskych zvierat je chov kurčiat, ktoré rastú a rýchlejšie rastú, aby produkovali viac prsného mäsa. Takéto postupy týkajúce sa technológie rekombinantnej DNA vzbudzujú etické obavy z dôvodu bolesti a nepohodlia, ktoré môže zvieratám spôsobovať.

Génová úprava: Príkladom úpravy génov alebo úpravy genómu je CRISPRalebo zoskupené pravidelne rozložené krátke palindromické opakovania. Tento proces je „vypožičaný“ z metódy, ktorú používajú baktérie na svoju obranu pred vírusmi. Zahŕňa vysoko cielenú genetickú modifikáciu rôznych častí cieľového genómu.

V systéme CRISPR, vodiť ribonukleovú kyselinu (gRNA), molekula s rovnakou sekvenciou ako cieľové miesto v genóme, sa kombinuje v hostiteľskej bunke s endonukleázou nazývanou Cas9. GRNA sa naviaže na cieľové miesto DNA a spolu s ňou potiahne aj Cas9. Táto úprava genómu môže mať za následok „vyradenie“ zlého génu (napríklad variantu spôsobujúceho rakovinu) a v niektorých prípadoch umožňuje nahradenie zlého génu požadovaným variantom.