Genetska sprememba: opredelitev, vrste, postopek, primeri

A gen, z osnovnega biokemičnega stališča, je del deoksiribonukleinska kislina (DNA) znotraj vsake celice organizma, ki vsebuje genetsko kodo za sestavljanje določenega beljakovinskega izdelka. Na bolj funkcionalni in dinamični ravni geni določajo, kaj so organizmi - živali, rastline, glive in celo bakterije - in v kaj naj bi se razvili.

Medtem ko na vedenje genov vplivajo dejavniki okolja (npr. Prehrana) in celo drugi geni, pa na vašo sestavo genski material pretežno narekuje skoraj vse, kar je o vas, vidno in nevidno, od velikosti telesa do odziva na mikrobne napadalce, alergene in druge zunanje dejavnike.

Sposobnost spreminjanja, spreminjanja ali oblikovanja genov na posebne načine bi torej uvedla možnost, da bi lahko ustvariti izvrstno prilagojene organizme - vključno z ljudmi - z uporabo danih kombinacij DNK, za katere je znano, da vsebujejo nekatere geni.

Proces spreminjanja organizma genotip (svobodno rečeno vsota posameznih genov) in s tem njegov genetski "načrt" je znan kot genska sprememba

Povezani dogodki so bili navdušeni nad obeti glede izboljšanja zdravja ljudi in kakovosti življenja ter številnih trnih in neizogibnih etičnih vprašanj na različnih področjih.

Genetska sprememba je vsak postopek, s katerim se z geni manipulira, spreminja, briše ali prilagaja, da se ojači, spremeni ali prilagodi določena značilnost organizma. Gre za manipulacijo lastnosti na absolutni korenski ali celični ravni.

Razmislite o razliki med rutinskim oblikovanjem las na določen način in dejanskim nadzorom barve, dolžine in las splošne ureditve (npr. naravnost v primerjavi s kodrastimi) brez uporabe izdelkov za nego las, temveč se zanašajte na dajanje nevidnih komponent telesna navodila, kako doseči in zagotoviti želeni kozmetični rezultat, in dobili boste občutek, kaj vse je genska sprememba približno.

Ker vsi živi organizmi vsebujejo DNK, se lahko genski inženiring izvaja na vseh organizmih, od bakterij do rastlin do ljudi.

Ko to berete, področje genskega inženiringa narašča z novimi možnostmi in praksami na področju kmetijstva, medicine, predelovalnih dejavnosti in drugih področij.

Pomembno je razumeti razliko med dobesedno spreminjajočimi se geni in vedenjem na način, ki izkorišča obstoječi gen.

Številni geni ne delujejo neodvisno od okolja, v katerem živi matični organizem. Prehranske navade, stresi različnih vrst (npr. Kronične bolezni, ki imajo lahko genetsko podlago ali ne) in druge stvari organizmi, ki se rutinsko soočajo, lahko vplivajo na izražanje genov ali na stopnjo uporabe genov za izdelavo beljakovinskih proizvodov, za katere so Koda.

Če prihajate iz družine ljudi, ki so genetsko nagnjeni k temu, da so višji in težji od povprečja, in si prizadevate za atletsko kariero v športu, ki daje prednost moči in velikosti, kot sta košarka ali hokej, lahko dvignete uteži in pojeste močno količino hrane, da povečate možnosti, da boste tako veliki in močni kot mogoče.

Toda to se razlikuje od tega, da bi lahko v svojo DNK vstavili nove gene, ki dejansko zagotavljajo a predvidljivo stopnjo rasti mišic in kosti in na koncu človeka z vsemi značilnimi lastnostmi a športna zvezda.

Obstaja veliko vrst tehnik genskega inženiringa, ki pa ne zahtevajo manipulacije z genskim materialom z uporabo sofisticirane laboratorijske opreme.

Pravzaprav vsak postopek, ki vključuje aktivno in sistematično manipulacijo z organizmom genski skladali vsota genov v kateri koli populaciji, ki se razmnožuje z vzrejo (tj. spolno), je opredeljena kot genski inženiring. Nekateri od teh postopkov so seveda na vrhu tehnologije.

Umetna izbira: Imenuje se tudi preprosta selekcija ali selektivna vzreja, umetna selekcija je izbira starševskih organizmov z znanim genotipom rodijo potomce v količinah, ki se ne bi pojavile, če bi bila samo narava inženir ali bi se pojavile le v daljšem časovnem obdobju luske.

Ko kmetje ali rejci psov izberejo, katere rastline ali živali bodo redili, da bi zagotovili potomstvo z nekaterimi značilnosti, ki se ljudem iz nekega razloga zdijo zaželene, vadijo vsakodnevno genetsko obliko sprememba.

Inducirana mutageneza: To je uporaba rentgenskih žarkov ali kemikalij za indukcijo mutacij (nenačrtovane, pogosto spontane spremembe DNA) v določenih genih ali zaporedjih DNA bakterij. Rezultat lahko odkrije genske različice, ki delujejo bolje (ali če je potrebno slabše) od "običajnega" gena. Ta postopek lahko pomaga ustvariti nove "linije" organizmov.

Mutacije, ki so pogosto škodljive, so tudi temeljni vir genetske spremenljivosti v življenju na Zemlji. Posledica tega je, da jih povzročimo v velikem številu, hkrati pa zagotovo ustvarimo tudi populacije manj primernih organizmov poveča verjetnost koristne mutacije, ki jo je nato mogoče uporabiti za človeške namene z uporabo dodatnih tehnike.

Virusni ali plazmidni vektorji: Znanstveniki lahko vnesejo gen v fag (virus, ki okuži bakterije ali njihove prokariontske sorodnike, Arheje) ali plazmid nato spremenjeni plazmid ali fag postavite v druge celice, da v te celice vnese nov gen.

Uporaba teh postopkov vključuje povečanje odpornosti na bolezni in premagovanje odpornosti na antibiotike in izboljšanje sposobnosti organizma, da se upre stresom iz okolja, kot so ekstremne temperature in toksini. Druga možnost je, da lahko uporaba takšnih vektorjev ojača obstoječo značilnost, namesto da bi ustvarila novo.

S pomočjo tehnologije vzreje rastlin lahko rastlini "naročimo", naj pogosteje cveti ali pa povzroči, da bakterije proizvedejo beljakovine ali kemikalije, ki jih običajno ne

Retrovirusni vektorji: Tu se deli DNK, ki vsebujejo določene gene, vnesejo v te posebne vrste virusov, ki nato genski material prenesejo v celice drugega organizma. Ta material je vgrajen v gostiteljski genom, da se lahko izrazi skupaj z ostalo DNA v tem organizmu.

Preprosto povedano, to vključuje odrezovanje verige gostiteljske DNA s pomočjo posebnih encimov in vstavljanje novega gen v vrzel, ki nastane z odrezanjem in pritrditvijo DNA na obeh koncih gena na gostitelja DNK.

Tehnologija "knock in knock out": Kot že ime pove, tovrstna tehnologija omogoča popoln ali delni izbris določenih odsekov DNA ali nekaterih genov ("knock out"). Podobno lahko človeški inženirji, ki stojijo za to obliko genske modifikacije, izberejo, kdaj in kako vklopiti ("trkati") nov odsek DNK ali nov gen.

Vbrizgavanje genov v nastajajoče organizme: Vbrizgavanje genov ali vektorjev, ki vsebujejo gene, v jajčeca (jajčne celice) lahko vključi nove gene genom razvijajočega se zarodka, ki se torej izrazi v organizmu, ki sčasoma rezultatov.

Kloniranje genov je primer uporabe plazmidnih vektorjev. Plazmide, ki so krožni koščki DNA, ekstrahiramo iz bakterijske ali kvasne celice. Restrikcijski encimi, ki so beljakovine, ki "režejo" DNK na določenih mestih vzdolž molekule, se uporabljajo za odrezovanje DNK in iz krožne molekule ustvarijo linearno verigo. Nato se DNA za želeni gen "prilepi" v plazmid, ki se vnese v druge celice.

Na koncu te celice začnejo brati in kodirati gen, ki je bil umetno dodan plazmidu.

Povezana vsebina: Definicija RNA, funkcija, struktura

Kloniranje genov vključuje štiri osnovne korake. V naslednjem primeru je vaš cilj povzročiti sev E. coli bakterija, ki se sveti v temi. (Običajno te bakterije te lastnosti nimajo; če bi se, bi mesta, kot so kanalizacijski sistemi na svetu in številne njegove naravne vodne poti, dobila povsem drugačen značaj, kot je E. coli prevladujejo v človeškem prebavilih.)

1. Izolirajte želeno DNA. Najprej morate najti ali ustvariti gen, ki kodira beljakovine z zahtevanimi lastnostmi - v tem primeru žareče v temi. Nekatere meduze proizvajajo takšne beljakovine in odgovoren gen je bil identificiran. Ta gen se imenuje ciljna DNA. Hkrati morate določiti, kateri plazmid boste uporabili; to je vektorska DNA.

2. Odcepite DNA z uporabo restrikcijskih encimov. Te prej omenjene beljakovine, imenovane tudi restrikcijske endonukleaze, jih je v bakterijskem svetu veliko. V tem koraku z isto endonukleazo izrežete ciljno DNA in vektorsko DNA.

Nekateri od teh encimov režejo naravnost čez obe verigi molekule DNA, v drugih primerih pa naredijo "razporejen" rez, pri čemer ostanejo majhne dolžine enoverižne DNA izpostavljene. Slednji se imenujejo lepljivi konci.

3. Združite ciljno DNA in vektorsko DNA. Zdaj sestavite dve vrsti DNA skupaj z encimom, imenovanim DNA ligaza, ki deluje kot izdelana vrsta lepila. Ta encim obrne delo endonukleaz, tako da združi konce molekul. Rezultat je kimeraali pramen rekombinantna DNA.

• Človeški inzulin lahko med številnimi drugimi vitalnimi kemikalijami izdelujemo z uporabo rekombinantne tehnologije.

4. V gostiteljsko celico vnesite rekombinantno DNA. Zdaj imate gen, ki ga potrebujete, in način, kako ga premakniti tja, kamor spada. Med njimi je več načinov za to preobrazba, v katerem tako imenovane kompetentne celice pometajo novo DNA in elektroporacija, pri katerem se z impulzom električne energije na kratko moti celična membrana, da molekula DNA vstopi v celico.

Umetna izbira: Rejci psov lahko izbirajo med različnimi lastnostmi, zlasti barvo dlake. Če določen vzreditelj labradorjskih prinašalcev opazi porast povpraševanja po določeni barvi pasme, lahko sistematično vzreja za zadevno barvo.

Genska terapija: Pri osebi z okvarjenim genom lahko v celice te osebe vnesemo kopijo delujočega gena, tako da lahko s pomočjo tuje DNA izdelamo zahtevane beljakovine.

Gensko spremenjeni pridelki: Kmetijske metode z gensko modifikacijo se lahko uporabljajo za ustvarjanje gensko spremenjenih (gensko spremenjenih) pridelkov, kot so rastline, odporne proti herbicidom, pridelki, ki obrodijo več sadja v primerjavi s konvencionalno vzrejo, gensko spremenjene rastline, ki so odporne proti mrazu, pridelki z izboljšanim celotnim pridelkom, hrana z višjo hranilno vrednostjo itd. na.

Širše gledano, v 21. stoletju so gensko spremenjeni organizmi (GSO) zacvetili v vprašanju vročih gumbov v Evropski in ameriški trg zaradi skrbi za varnost hrane in poslovne etike zaradi genske spremembe pridelkov.

Gensko spremenjene živali: Eden od primerov gensko spremenjenih živil v živinorejskem svetu je vzreja piščancev, ki rastejo hitreje in hitreje, da proizvedejo več dojk. Takšne prakse tehnologije rekombinantne DNA povzročajo etične pomisleke zaradi bolečine in nelagodja, ki jih lahko povzročijo živalim.

Urejanje genov: Primer urejanja genov ali urejanja genoma je CRISPR, ali redno prepletene kratke palindromne ponovitve. Ta postopek je "izposojen" iz metode, ki jo bakterije uporabljajo za obrambo pred virusi. Vključuje visoko ciljno gensko spreminjanje različnih delov ciljnega genoma.

V CRISPR, vodila ribonukleinska kislina (gRNA), molekula z enakim zaporedjem kot ciljno mesto v genomu, se v gostiteljski celici kombinira z endonukleazo, imenovano Cas9. GRNA se bo vezala na ciljno mesto DNA in skupaj povlekla Cas9. To urejanje genoma lahko povzroči "izločitev" slabega gena (na primer variante, vpletene v povzročanje raka), v nekaterih primerih pa dovoli, da se slab gen nadomesti z zaželeno različico.