การดัดแปลงพันธุกรรม: ความหมาย, ประเภท, กระบวนการ, ตัวอย่าง

อา ยีนจากมุมมองทางชีวเคมีพื้นฐาน เป็นส่วนหนึ่งของ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) ภายในทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีรหัสพันธุกรรมเพื่อประกอบผลิตภัณฑ์โปรตีนชนิดใดชนิดหนึ่ง ในระดับการทำงานและพลวัตที่มากขึ้น ยีนกำหนดว่าสิ่งมีชีวิตใด สัตว์ พืช เชื้อรา และแม้กระทั่งแบคทีเรีย และสิ่งที่พวกเขาถูกกำหนดให้พัฒนาไปสู่

แม้ว่าพฤติกรรมของยีนจะได้รับอิทธิพลจากปัจจัยแวดล้อม (เช่น โภชนาการ) และแม้กระทั่งจากยีนอื่นๆ ก็ตาม องค์ประกอบของยีนของคุณ วัสดุทั่วไป ควบคุมเกือบทุกอย่างเกี่ยวกับตัวคุณทั้งที่มองเห็นและมองไม่เห็น ตั้งแต่ขนาดของร่างกายไปจนถึงการตอบสนองต่อผู้บุกรุกของจุลินทรีย์ สารก่อภูมิแพ้ และสารภายนอกอื่นๆ

ความสามารถในการเปลี่ยนแปลง ดัดแปลง หรือสร้างยีนในลักษณะเฉพาะจึงแนะนำทางเลือกของความสามารถในการ สร้างสิ่งมีชีวิตที่ได้รับการปรับแต่งอย่างวิจิตรงดงาม รวมทั้งมนุษย์ด้วยการใช้ DNA ที่ทราบว่ามีสารบางอย่างผสมกัน ยีน

กระบวนการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิต จีโนไทป์ (พูดง่ายๆ คือ ผลรวมของยีนแต่ละตัว) และด้วยเหตุนี้ "พิมพ์เขียว" ทางพันธุกรรมจึงเรียกว่า การดัดแปลงพันธุกรรม. เรียกอีกอย่างว่า พันธุวิศวกรรมการซ้อมรบทางชีวเคมีประเภทนี้ได้ย้ายจากขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์มาสู่ความเป็นจริงในทศวรรษที่ผ่านมา

การพัฒนาที่เกี่ยวข้องได้เพิ่มความตื่นเต้นให้กับความคาดหวังของการมีสุขภาพที่ดีขึ้นและคุณภาพชีวิตของมนุษย์ รวมถึงประเด็นด้านจริยธรรมที่ยุ่งยากและหลีกเลี่ยงไม่ได้ในด้านต่างๆ

การดัดแปลงพันธุกรรม คือกระบวนการใด ๆ ที่ยีนถูกจัดการ เปลี่ยนแปลง ลบ หรือปรับแต่งเพื่อขยาย เปลี่ยนแปลง หรือปรับลักษณะเฉพาะบางอย่างของสิ่งมีชีวิต เป็นการจัดการลักษณะเฉพาะที่ระดับรากหรือเซลล์สัมบูรณ์

พิจารณาความแตกต่างระหว่างการจัดแต่งทรงผมเป็นประจำด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งกับความสามารถในการควบคุมสีผม ความยาวและ การจัดเรียงทั่วไป (เช่น ตรงกับผมหยิก) โดยไม่ต้องใช้ผลิตภัณฑ์ดูแลเส้นผมใดๆ แทนที่จะพึ่งพาการให้ส่วนประกอบที่มองไม่เห็นของคุณ คำแนะนำของร่างกายเกี่ยวกับวิธีการบรรลุผลและให้แน่ใจว่าได้ผลลัพธ์เครื่องสำอางที่ต้องการ และคุณจะได้รับความรู้สึกว่าการดัดแปลงพันธุกรรมทั้งหมดคืออะไร เกี่ยวกับ

เนื่องจากสิ่งมีชีวิตทั้งหมดมี DNA พันธุวิศวกรรมจึงสามารถดำเนินการกับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่แบคทีเรีย พืช ไปจนถึงมนุษย์

เมื่อคุณอ่านข้อความนี้ สาขาวิชาพันธุวิศวกรรมกำลังเติบโตด้วยความเป็นไปได้และแนวทางปฏิบัติใหม่ๆ ในด้านการเกษตร การแพทย์ การผลิต และขอบเขตอื่นๆ

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจความแตกต่างระหว่างยีนที่เปลี่ยนแปลงอย่างแท้จริงและพฤติกรรมในลักษณะที่ใช้ประโยชน์จากยีนที่มีอยู่

ยีนจำนวนมากไม่ได้ทำงานโดยอิสระจากสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตของพ่อแม่อาศัยอยู่ นิสัยการกิน ความเครียดประเภทต่างๆ (เช่น การเจ็บป่วยเรื้อรัง ซึ่งอาจมีหรือไม่มีพื้นฐานทางพันธุกรรมของตัวเองก็ได้) และอื่นๆ สิ่งมีชีวิตที่เผชิญหน้ากันเป็นประจำอาจส่งผลต่อการแสดงออกของยีนหรือระดับที่ยีนถูกใช้เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์โปรตีนที่พวกเขา รหัส.

หากคุณมาจากครอบครัวที่มีแนวโน้มทางพันธุกรรมว่าจะสูงและหนักกว่าปกติ และคุณปรารถนาที่จะประกอบอาชีพนักกีฬาในกีฬาที่ชื่นชอบ ความแข็งแรงและขนาด เช่น บาสเก็ตบอล หรือ ฮ็อกกี้ คุณสามารถยกน้ำหนักและกินอาหารในปริมาณมากเพื่อเพิ่มโอกาสในการตัวใหญ่และแข็งแรงได้ เป็นไปได้

แต่สิ่งนี้ต่างจากความสามารถในการแทรกยีนใหม่เข้าไปใน DNA ของคุณที่รับประกัน a. อย่างแท้จริง ระดับที่คาดการณ์ได้ของการเติบโตของกล้ามเนื้อและกระดูก และท้ายที่สุด มนุษย์ที่มีลักษณะทั่วไปทั้งหมดของa สปอร์ตสตาร์

มีเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมหลายประเภท และไม่จำเป็นต้องใช้เทคนิคทั้งหมดดัดแปลงพันธุกรรมโดยใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการที่ซับซ้อน

อันที่จริง กระบวนการใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับการยักย้ายถ่ายเทของสิ่งมีชีวิตอย่างเป็นระบบและเป็นระบบ ยีนพูลหรือผลรวมของยีนในประชากรใดๆ ที่ขยายพันธุ์โดยการผสมพันธุ์ (กล่าวคือ ทางเพศสัมพันธ์) มีคุณสมบัติเป็นพันธุวิศวกรรม แน่นอนว่ากระบวนการเหล่านี้บางส่วนเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยอย่างแท้จริง

การคัดเลือกประดิษฐ์: เรียกอีกอย่างว่าการคัดเลือกอย่างง่ายหรือการคัดเลือกพันธุ์ การคัดเลือกเทียมคือการเลือกสิ่งมีชีวิตพ่อแม่ที่มีจีโนไทป์ที่รู้จัก ผลิตลูกหลานในปริมาณที่จะไม่เกิดขึ้นหากธรรมชาติเป็นวิศวกรหรืออย่างน้อยที่สุดก็จะเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่มากขึ้นเท่านั้น ตาชั่ง

เมื่อเกษตรกรหรือผู้เพาะพันธุ์สุนัขเลือกว่าจะเพาะพันธุ์พืชหรือสัตว์ใดเพื่อให้ลูกหลานมีความมั่นใจ ลักษณะที่มนุษย์พึงปรารถนาด้วยเหตุผลบางอย่าง พวกเขากำลังฝึกรูปแบบทางพันธุกรรมในชีวิตประจำวัน การปรับเปลี่ยน

การชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์: นี่คือการใช้รังสีเอกซ์หรือสารเคมีเพื่อกระตุ้นการกลายพันธุ์ (โดยไม่ได้วางแผนและมักจะเปลี่ยนแปลง DNA เองโดยไม่ได้ตั้งใจ) ในยีนหรือลำดับดีเอ็นเอของแบคทีเรีย มันสามารถส่งผลให้ค้นพบตัวแปรของยีนที่ทำงานได้ดีกว่า (หรือหากจำเป็น แย่กว่านั้น) กว่ายีน "ปกติ" กระบวนการนี้สามารถช่วยสร้าง "เส้น" ใหม่ของสิ่งมีชีวิตได้

การกลายพันธุ์ที่มักเป็นอันตรายก็เป็นแหล่งพื้นฐานของความแปรปรวนทางพันธุกรรมในชีวิตบนโลกเช่นกัน ส่งผลให้เกิดการชักนำให้เกิดจำนวนมาก ในขณะที่บางกลุ่มก็สร้างประชากรของสิ่งมีชีวิตที่ไม่เหมาะสมได้เช่นกัน เพิ่มโอกาสในการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์ ซึ่งสามารถนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์ของมนุษย์ได้โดยใช้เพิ่มเติม เทคนิคต่างๆ

ไวรัสหรือพลาสมิดเวกเตอร์: นักวิทยาศาสตร์สามารถนำยีนเข้าไปใน phage (ไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรียหรือญาติของโปรคาริโอต อาร์เคีย) หรือ พลาสมิด เวกเตอร์ แล้ววางพลาสมิดหรือฟาจที่ถูกดัดแปลงเข้าไปในเซลล์อื่นเพื่อนำเข้ายีนใหม่เข้าไปในเซลล์เหล่านั้น

การประยุกต์ใช้กระบวนการเหล่านี้รวมถึงการเพิ่มความต้านทานต่อโรค การเอาชนะการดื้อยาปฏิชีวนะ และปรับปรุงความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการต้านทานความเครียดจากสิ่งแวดล้อมเช่นอุณหภูมิสุดขั้วและ สารพิษ อีกทางหนึ่ง การใช้เวกเตอร์ดังกล่าวสามารถขยายคุณลักษณะที่มีอยู่แทนที่จะสร้างคุณลักษณะใหม่

การใช้เทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์พืชทำให้พืชสามารถ "สั่ง" ให้ออกดอกบ่อยขึ้น หรือแบคทีเรียสามารถกระตุ้นให้ผลิตโปรตีนหรือสารเคมีที่ปกติจะไม่

รีโทรไวรัสเวกเตอร์: ในที่นี้ ดีเอ็นเอบางส่วนที่มียีนบางตัวถูกใส่เข้าไปในไวรัสชนิดพิเศษเหล่านี้ ซึ่งจะขนส่งสารพันธุกรรมไปยังเซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่น สารนี้รวมอยู่ในจีโนมของโฮสต์เพื่อให้สามารถแสดงออกพร้อมกับ DNA ที่เหลือในสิ่งมีชีวิตนั้น

พูดง่ายๆ ก็คือ การตัดสายดีเอ็นเอของโฮสต์โดยใช้เอ็นไซม์พิเศษ แทรกตัวใหม่ ยีนเข้าไปในช่องว่างที่เกิดจากการตัดและติด DNA ที่ปลายทั้งสองของยีนกับโฮสต์ ดีเอ็นเอ.

เทคโนโลยี "เคาะเข้าเคาะออก": ตามชื่อของมัน เทคโนโลยีประเภทนี้ช่วยให้สามารถลบ DNA หรือยีนบางส่วนทั้งหมดหรือบางส่วนได้ทั้งหมดหรือบางส่วน ("น็อคเอาท์") ในทำนองเดียวกัน วิศวกรที่อยู่เบื้องหลังรูปแบบการดัดแปลงพันธุกรรมนี้สามารถเลือกเวลาและวิธีเปิด ("เคาะ") ส่วนใหม่ของ DNA หรือยีนใหม่ได้

การฉีดยีนเข้าสู่สิ่งมีชีวิตตั้งไข่: การฉีดยีนหรือเวกเตอร์ที่มียีนเข้าไปในไข่ (เซลล์ไข่) สามารถรวมยีนใหม่เข้าไว้ใน จีโนมของตัวอ่อนที่กำลังพัฒนาซึ่งแสดงออกในสิ่งมีชีวิตในที่สุด ผล.

การโคลนยีน เป็นตัวอย่างของการใช้พลาสมิดเวกเตอร์ พลาสมิดซึ่งเป็นชิ้นส่วนของ DNA ทรงกลมนั้นสกัดจากเซลล์แบคทีเรียหรือยีสต์ เอ็นไซม์จำกัดซึ่งเป็นโปรตีนที่ "ตัด" DNA ในตำแหน่งเฉพาะตามโมเลกุล ใช้ในการตัด DNA เพื่อสร้างเส้นตรงจากโมเลกุลวงกลม จากนั้น DNA ของยีนที่ต้องการจะถูก "วาง" ลงในพลาสมิด ซึ่งถูกนำเข้าสู่เซลล์อื่นๆ

ในที่สุด เซลล์เหล่านั้นก็เริ่มอ่านและเข้ารหัสยีนที่เติมเข้าไปในพลาสมิดเทียม

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง: นิยาม RNA ฟังก์ชัน โครงสร้าง

การโคลนยีนประกอบด้วยสี่ขั้นตอนพื้นฐาน ในตัวอย่างต่อไปนี้ เป้าหมายของคุณคือสร้างสายพันธุ์ของ อี โคไล แบคทีเรียที่เรืองแสงในที่มืด (โดยปกติแบคทีเรียเหล่านี้ไม่มีคุณสมบัตินี้ ถ้าเป็นเช่นนั้น สถานที่ต่างๆ เช่น ระบบระบายน้ำทิ้งของโลกและทางน้ำตามธรรมชาติหลายแห่งจะมีลักษณะที่แตกต่างออกไปอย่างชัดเจน เช่น อี โคไล แพร่หลายในทางเดินอาหารของมนุษย์)

1. แยก DNA ที่ต้องการ ขั้นแรก คุณต้องค้นหาหรือสร้างยีนที่เข้ารหัสโปรตีนด้วยคุณสมบัติที่จำเป็น ซึ่งในกรณีนี้คือ เรืองแสงในที่มืด แมงกะพรุนบางตัวสร้างโปรตีนดังกล่าวและมีการระบุยีนที่รับผิดชอบ ยีนนี้เรียกว่า ดีเอ็นเอเป้าหมาย. ในเวลาเดียวกัน คุณต้องกำหนดว่าจะใช้พลาสมิดชนิดใด นี้เป็น ดีเอ็นเอเวกเตอร์.

2. ผ่า DNA โดยใช้เอนไซม์จำกัด โปรตีนดังกล่าวนี้เรียกอีกอย่างว่า เอ็นโดนิวคลีเอสจำกัดมีอยู่มากมายในโลกของแบคทีเรีย ในขั้นตอนนี้ คุณใช้เอนโดนิวคลีเอสเดียวกันในการตัดทั้ง DNA เป้าหมายและ DNA ของเวกเตอร์

เอ็นไซม์เหล่านี้บางส่วนตัดผ่านสายทั้งสองของโมเลกุลดีเอ็นเอ ในขณะที่ในบางกรณี พวกมันจะทำการตัดแบบ "เซ" โดยปล่อยให้ความยาวเล็กๆ ของดีเอ็นเอสายเดี่ยวถูกเปิดเผย อันหลังเรียกว่า ปลายเหนียว.

3. รวม DNA เป้าหมายและ DNA เวกเตอร์ ตอนนี้คุณนำ DNA ทั้งสองชนิดมารวมกันพร้อมกับเอนไซม์ที่เรียกว่า ดีเอ็นเอ ไลกาสซึ่งทำหน้าที่เป็นกาวที่ซับซ้อน เอนไซม์นี้จะย้อนกลับการทำงานของเอ็นโดนิวคลีเอสโดยเชื่อมปลายโมเลกุลเข้าด้วยกัน ผลที่ได้คือ ความฝัน, หรือเกลียวของ ดีเอ็นเอลูกผสม.

• อินซูลินของมนุษย์ ในบรรดาสารเคมีสำคัญอื่นๆ สามารถผลิตได้โดยใช้เทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์

4. แนะนำดีเอ็นเอลูกผสมเข้าไปในเซลล์เจ้าบ้าน ตอนนี้ คุณมียีนที่คุณต้องการและมีวิธีการส่งผ่านไปยังที่ที่มันอยู่ มีหลายวิธีในการทำเช่นนี้ในหมู่พวกเขา การเปลี่ยนแปลงซึ่งเซลล์ที่มีความสามารถจะกวาด DNA ใหม่และ อิเล็กโทรโพเรชั่นซึ่งใช้ชีพจรของกระแสไฟฟ้าเพื่อทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ชั่วครู่เพื่อให้โมเลกุลดีเอ็นเอเข้าสู่เซลล์

การเลือกประดิษฐ์: พ่อพันธุ์แม่พันธุ์สุนัขสามารถเลือกลักษณะต่างๆ ได้ โดยเฉพาะสีขน หากพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ลาบราดอร์รีทรีฟเวอร์รายใดรายหนึ่งเห็นว่าความต้องการสีของสายพันธุ์นั้นเพิ่มขึ้น เขาหรือเธอก็สามารถผสมพันธุ์สำหรับสีที่เป็นปัญหาได้

การบำบัดด้วยยีน: ในคนที่มียีนบกพร่อง สำเนาของยีนที่ทำงานสามารถถูกนำเข้ามาในเซลล์ของบุคคลนั้น ๆ เพื่อให้สามารถสร้างโปรตีนที่ต้องการได้โดยใช้ DNA จากต่างประเทศ

พืชจีเอ็ม: วิธีการเกษตรกรรมดัดแปลงพันธุกรรมสามารถใช้เพื่อสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม (GM) เช่น พืชที่ต้านทานสารกำจัดวัชพืช พืชที่ให้ผลมากกว่า เมื่อเทียบกับการเพาะพันธุ์ทั่วไป พืชดัดแปลงพันธุกรรมที่ทนทานต่อความหนาวเย็น พืชผลที่มีผลผลิตโดยรวมที่ดีขึ้น อาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการสูงกว่า และอื่นๆ บน.

ในวงกว้างมากขึ้นในศตวรรษที่ 21 สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม (GMOs) ได้เบ่งบานเป็นปัญหาปุ่มลัดใน ตลาดยุโรปและอเมริกาเนื่องจากความกังวลด้านความปลอดภัยของอาหารและจริยธรรมทางธุรกิจที่เกี่ยวกับการดัดแปลงพันธุกรรม ของพืชผล

สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม: ตัวอย่างหนึ่งของอาหารจีเอ็มในโลกปศุสัตว์คือการเพาะพันธุ์ไก่ที่โตให้ใหญ่ขึ้นและเร็วขึ้นเพื่อผลิตเนื้อเต้านมมากขึ้น แนวทางปฏิบัติด้านเทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ DNA เช่นนี้ทำให้เกิดข้อกังวลด้านจริยธรรมเนื่องจากความเจ็บปวดและความรู้สึกไม่สบายที่อาจเกิดขึ้นกับสัตว์

การแก้ไขยีน: ตัวอย่างของการแก้ไขยีนหรือการแก้ไขจีโนมคือ CRISPR, หรือ กระจุกตัวกันสม่ำเสมอสลับกันสั้น ๆ palindromic สั้น. กระบวนการนี้ "ยืม" จากวิธีการที่แบคทีเรียใช้ในการป้องกันตัวเองจากไวรัส มันเกี่ยวข้องกับการดัดแปลงทางพันธุกรรมที่กำหนดเป้าหมายอย่างสูงของส่วนต่าง ๆ ของจีโนมเป้าหมาย

ใน CRISPR คู่มือกรดไรโบนิวคลีอิก (gRNA) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีลำดับเดียวกันกับตำแหน่งเป้าหมายในจีโนม ถูกรวมเข้าด้วยกันในเซลล์เจ้าบ้านที่มีเอนโดนิวคลีเอสที่เรียกว่า Cas9 gRNA จะผูกกับไซต์ DNA เป้าหมาย โดยลาก Cas9 ไปด้วย การแก้ไขจีโนมนี้อาจส่งผลให้เกิด "การล้มล้าง" ของยีนที่ไม่ดี (เช่น ตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการก่อให้เกิดมะเร็ง) และในบางกรณีอนุญาตให้เปลี่ยนยีนที่ไม่ดีด้วยตัวแปรที่ต้องการได้