bir gen, temel bir biyokimyasal bakış açısından, deoksiribonükleik asit (DNA) belirli bir protein ürününü bir araya getirmek için genetik kodu taşıyan bir organizmanın her hücresinin içindedir. Daha işlevsel ve dinamik bir düzeyde genler, organizmaların (hayvanlar, bitkiler, mantarlar ve hatta bakteriler) ne olduğunu ve neye dönüşeceklerini belirler.
Genlerin davranışı çevresel faktörlerden (örneğin beslenme) ve hatta diğer genlerden etkilenirken, genlerinizin bileşimi Genetik materyal Vücudunuzun boyutundan mikrobiyal istilacılara, alerjenlere ve diğer dış etkenlere verdiğiniz tepkiye kadar görünen ve görünmeyen sizinle ilgili hemen hemen her şeyi ezici bir çoğunlukla dikte eder.
Genleri belirli şekillerde değiştirme, değiştirme veya mühendislik yapma yeteneği, bu nedenle, belirli DNA kombinasyonlarını kullanarak -insanlar dahil- mükemmel bir şekilde uyarlanmış organizmalar yaratın. genler.
Bir organizmanın yapısını değiştirme süreci genotip (gevşek bir ifadeyle, bireysel genlerinin toplamı) ve dolayısıyla genetik "planı" olarak bilinir.
genetik modifikasyon. Olarak da adlandırılır genetik mühendisliğiBu tür biyokimyasal manevralar, son yıllarda bilim kurgu alanından gerçeğe dönüştü.İlişkili gelişmeler, hem insan sağlığını ve yaşam kalitesini iyileştirme umuduyla hem de çeşitli cephelerde bir dizi zorlu ve kaçınılmaz etik sorunla ilgili heyecanı beraberinde getirdi.
Genetik Modifikasyon: Tanım
Genetik modifikasyon bir organizmanın belirli bir özelliğini yükseltmek, değiştirmek veya ayarlamak için genlerin manipüle edildiği, değiştirildiği, silindiği veya ayarlandığı herhangi bir işlemdir. Mutlak kök veya hücresel düzeyde özelliklerin manipülasyonudur.
Saçınızı rutin olarak belirli bir şekilde şekillendirmek ile saçınızın rengini, uzunluğunu ve rengini gerçekten kontrol edebilmek arasındaki farkı düşünün. genel düzenleme (örneğin, düz ve kıvırcık) herhangi bir saç bakım ürünü kullanmadan, bunun yerine saçınızın görünmeyen bileşenlerini vermeye güvenerek İstenilen kozmetik sonucun nasıl elde edileceğine ve sağlanacağına ilişkin vücut talimatları ve genetik modifikasyonun ne olduğu hakkında bir fikir edinirsiniz. hakkında.
Tüm canlı organizmalar DNA içerdiğinden, bakterilerden bitkilere ve insanlara kadar tüm organizmalar üzerinde genetik mühendisliği yapılabilir.
Siz bunu okurken, genetik mühendisliği alanı tarım, tıp, imalat ve diğer alanlardaki yeni olanaklar ve uygulamalarla filizleniyor.
Genetik Modifikasyon Ne Değildir?
Kelimenin tam anlamıyla değişen genler ile mevcut bir genden yararlanacak şekilde davranmak arasındaki farkı anlamak önemlidir.
Birçok gen, ana organizmanın yaşadığı ortamdan bağımsız olarak çalışmaz. Diyet alışkanlıkları, çeşitli türlerdeki stresler (örneğin, kendi genetik temelleri olan veya olmayan kronik hastalıklar) ve diğer şeyler Organizmalar rutin olarak karşı karşıya gelirler, gen ekspresyonunu veya genlerin ürettikleri protein ürünlerini yapmak için kullanılma düzeylerini etkileyebilir. kod.
Genetik olarak ortalamadan daha uzun ve kilolu olma eğiliminde olan bir aileden geliyorsanız ve tercih edilen bir sporda atletik bir kariyer hedefliyorsanız Basketbol veya hokey gibi güç ve beden ölçülerine sahipseniz, ağırlık kaldırabilir ve olabildiğince büyük ve güçlü olma şansınızı en üst düzeye çıkarmak için sağlam miktarda yiyecek yiyebilirsiniz mümkün.
Ancak bu, DNA'nıza neredeyse bir garanti sağlayan yeni genler ekleyebilmekten farklıdır. öngörülebilir düzeyde kas ve kemik büyümesi ve nihayetinde bir insanın tüm tipik özelliklerine sahip bir insan. Spor yıldızı.
Genetik Değişiklik Türleri
Pek çok türde genetik mühendisliği tekniği mevcuttur ve bunların tümü, karmaşık laboratuvar ekipmanları kullanılarak genetik materyalin manipüle edilmesini gerektirmez.
Aslında, bir organizmanın aktif ve sistematik manipülasyonunu içeren herhangi bir süreç. Gen havuzuveya herhangi bir popülasyondaki üreme yoluyla (yani cinsel olarak) çoğalan genlerin toplamı, genetik mühendisliği olarak nitelendirilir. Bu süreçlerin bazıları, elbette, gerçekten de teknolojinin en ileri noktasındadır.
Yapay seçim: Basit seleksiyon veya seçici üreme olarak da adlandırılan yapay seleksiyon, bilinen bir genotipe sahip ebeveyn organizmaların seçilmesidir. Tek başına doğa mühendis olsaydı meydana gelmeyecek veya en azından yalnızca çok daha uzun bir süre içinde meydana gelecek miktarlarda yavrular üretmek terazi.
Çiftçiler veya köpek yetiştiricileri, belirli koşullar altında yavruları garanti altına almak için hangi bitki veya hayvanları yetiştireceklerini seçtiklerinde İnsanların bir nedenden dolayı arzu edilen özellikleri, günlük bir genetik formu uyguluyorlar. değişiklik.
indüklenmiş mutajenez: Bu, spesifik genlerde veya bakterilerin DNA dizilerinde mutasyonları (planlanmamış, genellikle DNA'da kendiliğinden oluşan değişiklikler) indüklemek için x-ışınlarının veya kimyasalların kullanılmasıdır. “Normal” genden daha iyi (veya gerekirse daha kötü) performans gösteren gen varyantlarının keşfedilmesine neden olabilir. Bu süreç, organizmaların yeni "çizgilerinin" yaratılmasına yardımcı olabilir.
Mutasyonlar, genellikle zararlı olsalar da, Dünya'daki yaşamdaki genetik değişkenliğin temel kaynağıdır. Sonuç olarak, onları çok sayıda uyarmak, daha az uygun organizma popülasyonları yaratmak için kesin olmakla birlikte, aynı zamanda Daha sonra ek kullanılarak insan amaçları için kullanılabilecek faydalı bir mutasyon olasılığını artırır. teknikler.
Viral veya plazmit vektörleri: Bilim adamları bir geni bir faja (bakterileri veya prokaryotik akrabalarını, Archaea'yı enfekte eden bir virüs) veya plazmit vektör ve daha sonra yeni geni bu hücrelere sokmak için değiştirilmiş plazmit veya fajı diğer hücrelere yerleştirin.
Bu süreçlerin uygulamaları, hastalığa karşı direncin arttırılmasını, antibiyotik direncinin üstesinden gelinmesini içerir. ve bir organizmanın aşırı sıcaklıklar gibi çevresel stres faktörlerine direnme yeteneğini geliştirmek ve toksinler. Alternatif olarak, bu tür vektörlerin kullanımı, yeni bir tane oluşturmak yerine mevcut bir özelliği güçlendirebilir.
Bitki yetiştirme teknolojisi kullanılarak, bir bitkinin daha sık çiçek açması "sipariş edilebilir" veya bakterilerin normalde yapmayacakları bir protein veya kimyasal üretmesi sağlanabilir.
Retroviral vektörler: Burada, belirli genleri içeren DNA parçaları, daha sonra genetik materyali başka bir organizmanın hücrelerine taşıyan bu özel virüs türlerine konur. Bu materyal, o organizmadaki DNA'nın geri kalanıyla birlikte eksprese edilebilmesi için konakçı genomuna dahil edilir.
Basit bir ifadeyle, bu, özel enzimler kullanarak bir konakçı DNA ipliğinin kesilmesini ve yeni DNA'nın yerleştirilmesini içerir. genin her iki ucundaki DNA'nın kesilmesi ve konakçıya bağlanmasıyla oluşan boşluğa gen DNA.
"Knock in, knock out" teknolojisi: Adından da anlaşılacağı gibi, bu tür bir teknoloji, belirli DNA bölümlerinin veya belirli genlerin ("nakavt") tamamen veya kısmen silinmesine izin verir. Benzer şekilde, bu genetik modifikasyon biçiminin arkasındaki insan mühendisler, yeni bir DNA bölümünü veya yeni bir geni ne zaman ve nasıl çalıştıracaklarını ("devreye sokacak") seçebilirler.
Yeni oluşan organizmalara gen enjeksiyonu: Yumurtalara (oositler) genleri veya genleri içeren vektörleri enjekte etmek, yeni genleri yumurtalara dahil edebilir. gelişmekte olan embriyonun genomu, bu nedenle sonunda organizmada ifade edilir. Sonuçlar.
Gen Klonlama
gen klonlama plazmit vektörlerinin kullanımına bir örnektir. Dairesel DNA parçaları olan plazmitler, bir bakteri veya maya hücresinden çıkarılır. Kısıtlama enzimleriDNA'yı molekül boyunca belirli yerlerde "kesen" proteinler olan, DNA'yı kesmek için kullanılır ve dairesel molekülden doğrusal bir iplik oluşturur. Ardından, istenen gen için DNA, diğer hücrelere verilen plazmide "yapıştırılır".
Son olarak, bu hücreler plazmide yapay olarak eklenen geni okumaya ve kodlamaya başlar.
İlgili içerik: RNA Tanımı, İşlevi, Yapısı
Gen klonlama dört temel adımı içerir. Aşağıdaki örnekte amacınız bir suş üretmektir. E. koli karanlıkta parlayan bakteri. (Normalde, elbette, bu bakteriler bu özelliğe sahip değildir; olsaydı, dünyanın kanalizasyon sistemleri ve doğal su yollarının çoğu gibi yerler belirgin şekilde farklı bir karakter kazanırdı. E. koli insan gastrointestinal sisteminde yaygındır.)
1. İstenen DNA'yı izole edin. İlk olarak, gerekli özelliğe sahip bir proteini kodlayan bir gen bulmanız veya yaratmanız gerekir - bu durumda karanlıkta parlıyor. Bazı denizanaları bu tür proteinleri üretir ve sorumlu gen tespit edilmiştir. Bu gen denir hedef DNA. Aynı zamanda hangi plazmidi kullanacağınızı belirlemelisiniz; bu vektör DNA'sı.
2. DNA'yı kısıtlama enzimleri kullanarak parçalayın. Adı geçen bu proteinler, kısıtlama endonükleazları, bakteri dünyasında bol miktarda bulunur. Bu adımda, hem hedef DNA'yı hem de vektör DNA'yı kesmek için aynı endonükleazı kullanırsınız.
Bu enzimlerin bazıları, DNA molekülünün her iki zincirini de düz bir şekilde keserken, diğer durumlarda, küçük uzunluklarda tek iplikli DNA'yı açıkta bırakarak "kademeli" bir kesim yaparlar. İkincisi denir yapışkanlı sonlar.
3. Hedef DNA ve vektör DNA'yı birleştirin. Şimdi iki tip DNA'yı enzim adı verilen bir enzimle bir araya getiriyorsunuz. DNA ligazı, ayrıntılı bir yapıştırıcı türü olarak işlev görür. Bu enzim, moleküllerin uçlarını bir araya getirerek endonükleazların işini tersine çevirir. Sonuç bir kimeraveya bir dizi rekombinant DNA.
- İnsan insülini, diğer birçok hayati kimyasalın yanı sıra, rekombinant teknoloji kullanılarak yapılabilir.
4. Rekombinant DNA'yı konakçı hücreye sokun. Artık ihtiyacınız olan gene sahipsiniz ve onu ait olduğu yere götürmek için bir araca sahipsiniz. Bunu yapmanın birkaç yolu vardır, bunlar arasında dönüşümsözde yetkin hücrelerin yeni DNA'yı süpürdüğü ve elektroporasyonDNA molekülünün hücreye girmesine izin vermek için hücre zarını kısaca bozmak için bir elektrik darbesinin kullanıldığı.
Genetik Değişiklik Örnekleri
Yapay seçim: Köpek yetiştiricileri, özellikle kürk rengi olmak üzere farklı özellikler için seçim yapabilir. Belirli bir Labrador av köpeği yetiştiricisi, türün belirli bir rengi için talepte bir artış görürse, söz konusu renk için sistematik olarak üreme yapabilir.
Gen tedavisi: Geni kusurlu bir kişide, çalışan genin bir kopyası o kişinin hücrelerine yerleştirilebilir, böylece yabancı DNA kullanılarak gerekli protein yapılabilir.
GD ürünler: Genetik modifikasyonlu tarım yöntemleri, herbisite dayanıklı bitkiler, daha fazla meyve veren ürünler gibi genetiği değiştirilmiş (GM) ürünler oluşturmak için kullanılabilir. geleneksel ıslahla karşılaştırıldığında, soğuğa dayanıklı GD bitkiler, genel hasat verimi iyileştirilmiş ürünler, daha yüksek besin değerine sahip gıdalar vb. üzerinde.
Daha geniş anlamda, 21. yüzyılda genetiği değiştirilmiş organizmalar (GDO'lar) dünyada önemli bir konu haline geldi. Hem gıda güvenliği hem de genetik modifikasyonu çevreleyen iş etiği endişeleri nedeniyle Avrupa ve Amerika pazarları ekinlerin.
Genetiği değiştirilmiş hayvanlar: Hayvancılık dünyasındaki GD gıdaların bir örneği, daha fazla göğüs eti üretmek için daha büyük ve daha hızlı büyüyen tavukların yetiştirilmesidir. Bunlar gibi rekombinant DNA teknolojisi uygulamaları, hayvanlara verebileceği acı ve rahatsızlık nedeniyle etik kaygıları artırmaktadır.
Gen düzenleme: Gen düzenlemeye veya genom düzenlemeye bir örnek, CRISPRveya düzenli aralıklarla kümelenmiş kısa palindromik tekrarlar. Bu süreç, bakterilerin kendilerini virüslere karşı savunmak için kullandıkları bir yöntemden "ödünç alınmıştır". Hedef genomun farklı bölümlerinin yüksek oranda hedeflenmiş genetik modifikasyonunu içerir.
CRISPR'de, kılavuz ribonükleik asit (gRNA), genomdaki hedef bölge ile aynı diziye sahip bir molekül, konak hücrede Cas9 adı verilen bir endonükleaz ile birleştirilir. gRNA, Cas9'u kendisiyle birlikte sürükleyerek hedef DNA sitesine bağlanacaktır. Bu genom düzenlemesi, kötü bir genin (kansere neden olan bir varyant gibi) "nakavt edilmesi" ile sonuçlanabilir ve bazı durumlarda kötü genin arzu edilen bir varyantla değiştirilmesine izin verebilir.