A ген, з основних біохімічних позицій, є сегментом дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) всередині кожної клітини організму, що містить генетичний код для складання певного білкового продукту. На більш функціональному та динамічному рівні гени визначають, якими є організми - тварини, рослини, гриби і навіть бактерії, і в що їм судилося перерости.
Хоча на поведінку генів впливають фактори навколишнього середовища (наприклад, харчування) і навіть інші гени, склад вашого генетичний матеріал в переважній більшості диктує майже все про вас, видиме та невидиме, від розмірів вашого тіла до вашої реакції на мікробних загарбників, алергени та інші зовнішні агенти.
Таким чином, здатність змінювати, модифікувати або розробляти гени конкретними способами, отже, може запропонувати можливість створювати вишукано адаптовані організми - включаючи людей - використовуючи дані комбінації ДНК, які, як відомо, містять певні речовини гени.
Процес зміни організму генотип (вільно кажучи, сума його окремих генів) і, отже, його генетичний "план" відомий як
генетична модифікація. Також називається генна інженерія, цей вид біохімічного маневрування перейшов із сфери наукової фантастики в реальність за останні десятиліття.Пов'язані події викликали як хвилювання перспективою поліпшення здоров'я людини та якості життя, так і безліч тернистих та невідворотних етичних питань на різних фронтах.
Генетична модифікація: визначення
Генетична модифікація - це будь-який процес, за допомогою якого гени маніпулюють, змінюють, видаляють або коригують з метою посилення, зміни або коригування певної характеристики організму. Це маніпуляція ознаками на абсолютному кореневому - або клітинному - рівні.
Розгляньте різницю між регулярним укладанням волосся певним чином і фактичною можливістю контролювати колір, довжину та волосся загальне розташування (наприклад, пряме проти кучерявого) без використання будь-яких засобів по догляду за волоссям, натомість покладаючись на надання невидимих компонентів вашого інструкції щодо того, як досягти та забезпечити бажаний косметичний результат, і ви зрозумієте, що це таке генетична модифікація про.
Оскільки всі живі організми містять ДНК, генна інженерія може бути виконана на будь-яких організмах - від бактерій до рослин і до людей.
Читаючи це, галузь генної інженерії розростається новими можливостями та практиками в галузі сільського господарства, медицини, виробництва та інших сфер.
Що не є генетичною модифікацією
Важливо розуміти різницю між буквальним зміною генів і поведінкою таким чином, щоб використовувати переваги існуючого гена.
Багато генів не діють незалежно від середовища, в якому живе батьківський організм. Дієтичні звички, стреси різного роду (наприклад, хронічні захворювання, які можуть мати або не мати власних генетичних основ) та інші речі організми, які регулярно стикаються, можуть впливати на експресію генів або рівень, до якого гени використовуються для отримання білкових продуктів, для яких вони код.
Якщо ви походите з сім'ї людей, які генетично схильні бути вищими і важчими за середній показник, і ви прагнете до спортивної кар'єри у спорті, який сприяє сили та розмірів, таких як баскетбол або хокей, ви можете піднімати тяжкість і їсти велику кількість їжі, щоб максимізувати свої шанси бути настільки великим і сильним, можливо.
Але це відрізняється від можливості вставляти нові гени у свою ДНК, які фактично гарантують передбачуваний рівень росту м’язів і кісток і, зрештою, людина з усіма типовими рисами зірка спорту.
Типи генетичної модифікації
Існує багато видів методів генної інженерії, і не всі з них вимагають маніпуляцій з генетичним матеріалом із використанням складного лабораторного обладнання.
Насправді, будь-який процес, який передбачає активні та систематичні маніпуляції з організмом генофонд, або сума генів у будь-якій популяції, яка розмножується шляхом розмноження (тобто статевим шляхом), кваліфікується як генна інженерія. Деякі з цих процесів, звичайно, справді передові технології.
Штучний відбір: Також називається простим відбором або вибірковим розведенням, штучний відбір - це вибір батьківських організмів з відомим генотипом давати потомство в таких кількостях, яких не було б, якби тільки природа була інженером, або як мінімум це відбулося б лише набагато більше часу ваги.
Коли фермери або заводчики собак вибирають, яких рослин або тварин розводити, щоб забезпечити потомство певними характеристики, які люди з певних причин вважають бажаними, вони практикують повсякденну генетичну форму модифікація.
Індукований мутагенез: Це використання рентгенівських променів або хімічних речовин для індукування мутацій (незапланованих, часто спонтанних змін ДНК) у конкретних генах або послідовностях ДНК бактерій. Це може призвести до виявлення варіантів генів, які працюють краще (або, якщо потрібно, гірше), ніж “нормальний” ген. Цей процес може допомогти створити нові «лінії» організмів.
Мутації, хоча часто і шкідливі, є також основним джерелом генетичної мінливості в житті на Землі. Як результат, спонукання їх до великої кількості, хоча і певне для створення популяцій менш придатних організмів збільшує ймовірність корисної мутації, яку потім можна використати для людських цілей, використовуючи додаткові техніки.
Вірусні або плазмідні вектори: Вчені можуть ввести ген у фаг (вірус, який інфікує бактерії або їхніх родичів-прокаріотів, археї) або плазміда вектор, а потім помістіть модифіковану плазміду або фаг в інші клітини, щоб ввести новий ген у ці клітини.
Застосування цих процесів включає підвищення стійкості до хвороб, подолання стійкості до антибіотиків і поліпшення здатності організму протистояти стресовим факторам навколишнього середовища, таким як екстремальні температури та токсини. В якості альтернативи використання таких векторів може посилити існуючу характеристику замість створення нової.
Використовуючи технологію розведення рослин, можна «замовити» рослину частіше цвісти, або бактерії можуть викликати білок або хімічну речовину, яку вони зазвичай не роблять.
Ретровірусні вектори: Тут частини ДНК, що містять певні гени, потрапляють до цих особливих видів вірусів, які потім транспортують генетичний матеріал у клітини іншого організму. Цей матеріал включений у геном хазяїна, щоб вони могли експресуватись разом із рештою ДНК у цьому організмі.
Простіше кажучи, це передбачає зрізання ланцюга ДНК-хазяїна за допомогою спеціальних ферментів, введення нового гена в щілину, створену шляхом відрізання та приєднання ДНК на обох кінцях гена до господаря ДНК.
Технологія "стукати, вибивати": Як випливає з назви, цей тип технології дозволяє повністю або частково видаляти певні ділянки ДНК або певні гени ("вибити"). Подібно до цього, люди-інженери, які стоять за цією формою генетичної модифікації, можуть вибирати, коли і як вмикати («стукати») нову ділянку ДНК або новий ген.
Ін'єкція генів у організми, що зароджуються: Ін'єкційні гени або вектори, що містять гени, в яйця (ооцити) можуть включати нові гени в геном ембріона, що розвивається, які, отже, експресуються в організмі, що врешті-решт результати.
Клонування генів
Клонування генів є прикладом використання плазмідних векторів. Плазміди, які є круговими шматочками ДНК, витягуються з бактеріальної або дріжджової клітини. Ферменти обмеження, які є білками, які «ріжуть» ДНК у певних місцях уздовж молекули, використовуються для відсікання ДНК, створюючи лінійну нитку з кругової молекули. Потім ДНК для бажаного гена «вставляється» в плазміду, яка вводиться в інші клітини.
Нарешті, ці клітини починають зчитування та кодування гена, який був штучно доданий до плазміди.
Пов’язаний вміст: Визначення РНК, функція, структура
Клонування генів включає чотири основні етапи. У наступному прикладі ваша мета - створити штам E. coli бактерії, що світяться в темряві. (Звичайно, звичайно, ці бактерії не володіють цією властивістю; якби вони це зробили, такі місця, як світові каналізаційні системи та багато її природних водних шляхів, набули б зовсім іншого характеру, як E. coli поширені в шлунково-кишковому тракті людини.)
1. Виділіть потрібну ДНК. Спочатку потрібно знайти або створити ген, який кодує білок з необхідною властивістю - в цьому випадку світиться в темряві. Деякі медузи виробляють такі білки, і відповідальний ген ідентифікований. Цей ген називається ДНК-мішень. Водночас потрібно визначити, яку плазміду ви будете використовувати; це векторна ДНК.
2. Розщеплюють ДНК за допомогою рестрикційних ферментів. Ці вищезазначені білки, також звані ендонуклеази рестрикції, є багато в світі бактерій. На цьому етапі ви використовуєте ту саму ендонуклеазу, щоб вирізати як цільову ДНК, так і векторну ДНК.
Деякі з цих ферментів ріжуть прямо по обох ланцюгах молекули ДНК, тоді як в інших випадках вони роблять "шахматний" зріз, залишаючи оголеною невелику довжину одноланцюгової ДНК. Останні називаються липкі кінчики.
3. Поєднайте цільову ДНК і векторну ДНК. Тепер ви поєднуєте два типи ДНК разом із ферментом, який називається ДНК-лігаза, який функціонує як складний вид клею. Цей фермент змінює роботу ендонуклеаз, з’єднуючи кінці молекул. Результат - a химера, або пасмо рекомбінантна ДНК.
- Людський інсулін, серед багатьох інших життєво важливих хімічних речовин, може бути виготовлений за допомогою рекомбінантної технології.
4. Ввести рекомбінантну ДНК в клітину-хазяїна. Тепер у вас є ген, який вам потрібен, і спосіб перенести його туди, куди він належить. Існує ряд способів зробити це, серед них перетворення, в якому так звані компетентні клітини підмітають нову ДНК, і електропорація, в якому імпульс електрики використовується для короткого порушення мембрани клітини, щоб молекула ДНК могла проникнути в клітину.
Приклади генетичної модифікації
Штучний відбір: Селекціонери собак можуть вибрати різні ознаки, особливо колір шерсті. Якщо даний заводчик лабрадорських ретриверів бачить зростання попиту на певний колір породи, він або вона може систематично розводити відповідний колір.
Генна терапія: У людини з дефектним геном копія робочого гена може бути введена в клітини цієї людини, щоб необхідний білок міг бути отриманий за допомогою чужорідної ДНК.
ГМ-культури: Методи генетичної модифікації сільського господарства можуть бути використані для створення генетично модифікованих (ГМ) культур, таких як стійкі до гербіцидів рослини, культури, що дають більше плодів порівняно зі звичайним розведенням, ГМ-рослини, стійкі до холоду, культури з поліпшеним загальним урожаєм, продукти з вищою харчовою цінністю на.
Більш широко, у XXI столітті генетично модифіковані організми (ГМО) перетворились на гарячу кнопку в Європейський та Американський ринки як з точки зору безпеки харчових продуктів, так і з точки зору ділової етики, пов’язані з генетичною модифікацією сільськогосподарських культур.
Генетично модифіковані тварини: Одним із прикладів ГМ-продуктів у тваринницькому світі є розведення курей, які зростають і швидше вирощують більше м’яса грудей. Такі практики використання рекомбінантних ДНК викликають етичні занепокоєння через біль та дискомфорт, які вони можуть заподіяти тваринам.
Редагування генів: Прикладом редагування генів, або редагування геномів, є CRISPR, або кластеризовані регулярно міжрядкові короткі паліндромні повтори. Цей процес «запозичений» у методу, що використовується бактеріями для захисту від вірусів. Він включає цілеспрямовану генетичну модифікацію різних частин цільового геному.
У CRISPR, направляюча рибонуклеїнова кислота (гРНК), молекула з тією ж послідовністю, що і мішень у геномі, поєднується в клітині-хазяїні з ендонуклеазою, званою Cas9. ГРНК зв'язуватиметься з цільовим сайтом ДНК, тягнучи Cas9 разом із собою. Це редагування геному може призвести до "вибиття" поганого гена (наприклад, варіанту, причетного до спричинення раку), а в деяких випадках дозволяє замінити поганий ген бажаним варіантом.
