Genetikos modifikacijos pagrindai
GMO yra trumpas žodis "genetiškai modifikuotas organizmas". Genetinis modifikavimas buvo maždaug dešimtmečius ir yra pats veiksmingiausias ir greitesnis būdas sukurti augalą ar gyvūną, turintį specifinį požymį ar savybes. Tai leidžia tiksliai konkrečius DNR sekos pokyčius. Kadangi DNR iš esmės apima visą organizmą, pokyčiai DNR keičia funkcijas, kurias gali organizmas.
Iš tiesų nėra jokio kito būdo tai padaryti, išskyrus per pastaruosius 40 metų sukurtus metodus, kurie tiesiogiai manipuliuoja DNR.
Kaip genetiškai modifikuoti organizmą? Tiesą sakant, tai yra gana platus klausimas. Organizmas gali būti augalas, gyvūnas, grybai ar bakterijos, ir visi jie gali būti ir buvo genetiškai modifikuoti beveik 40 metų. Pirmieji genetiškai modifikuoti organizmai buvo bakterijos 1970-ųjų pradžioje . Nuo tada genetiškai modifikuotos bakterijos tapo šimtų tūkstančių laboratorijų, atliekančių genetiškai modifikuotus augalus ir gyvūnus, darbo žirgais. Dauguma pagrindinių genų maišymo ir modifikacijų yra suprojektuotos ir paruoštos naudojant bakterijas, daugiausia keletą E. coli variacijos, tada nukreipiamos į tikslinius organizmus.
Bendras požiūris į genetiškai modifikuotus augalus, gyvūnus ar mikrobus yra konceptualiai gana panašus. Tačiau tam tikri metodai skiriasi dėl augalų ir gyvūnų ląstelių bendrų skirtumų.
Pavyzdžiui, augalinės ląstelės turi ląstelių sienas, o gyvūnų ląstelės neturi.
Augalų ir gyvūnų genetinių modifikacijų priežastys
GM gyvūnai pirmiausia naudojami moksliniams tyrimams, dažnai tai yra pavyzdinės biologinės sistemos, naudojamos vaistų kūrimui. Buvo atlikti kai kurie GM gyvūnai kitiems komerciniams tikslams, pvz., Fluorescuojanti žuvis, kaip naminiai gyvūnėliai, ir genetiškai modifikuoti uodai, padedantys kontroliuoti liga sergančius uodus.
Tačiau tai yra gana ribotas taikymas už pagrindinių biologinių tyrimų ribų. Kol kas genetiškai modifikuoti gyvūnai nebuvo patvirtinti kaip maisto šaltinis. Tačiau netrukus tai gali pasikeisti naudojant "AquaAdvantage Salmon", kuris pritars patvirtinimo procesui.
Tačiau su augalais situacija yra kitokia. Nors daugybė augalų yra modifikuoti moksliniams tyrimams, labiausiai pasėlių genetinės modifikacijos tikslas yra padaryti augalų įtampą, kuri yra komerciškai ar socialiai naudinga. Pavyzdžiui, derlius gali būti padidintas, jei augalai sukonstruoti su padidėjusiu atsparumu ligą sukėlusiam kenkėjui, pavyzdžiui, "Rainbow Papaya", arba gebėjimui augti nešmenyje, galbūt šaltame regione. Vaisiai, kurie lieka prinokę ilgiau, pavyzdžiui, begaliniai vasaros pomidorai, suteikia daugiau laiko lentynoms po derliaus nuėmimo naudoti. Be to, buvo pagaminti savybės, didinančios maistinę vertę, tokios kaip auksinės ryžiai, kurių sudėtyje yra daug vitamino A, arba vaisių naudingumas, pvz., Neapsukantys arkiniai obuoliai.
Iš esmės galima įvesti bet kokį požymį, kuris gali pasireikšti specifinio geno papildymu ar slopinimu. Taip pat gali būti valdomi specifiniai požymiai, kuriems reikia daugybės genų, tačiau tai reikalauja dar sudėtingesnio proceso, kurio dar nėra pasiekti komerciniais augalais.
Kas yra genas?
Prieš paaiškindami, kaip nauji genai yra dedami į organizmus, svarbu suprasti, kas yra genas. Kaip daugelis tikriausiai žino, genai yra pagaminti iš DNR, kuri iš dalies susideda iš keturių bazių, paprastai vadinamų A, T, C, G. Šių bazių linijinė tvarka iš eilės žemyn DNR grandinės geną gali būti laikoma konkretaus baltymo kodu, lygiai kaip raidės teksto kodo eilutėje sakinyje.
Baltymai yra didelės biologinės molekulės, pagamintos iš aminorūgščių, sujungtų skirtingais deriniais. Kai tinkamas aminorūgščių derinys sujungiamas kartu, aminorūgščių grandinė sutapo kartu su tam tikra forma ir tinkamomis cheminėmis savybėmis baltymui, kad galėtų atlikti tam tikrą funkciją ar reakciją. Gyvenamieji dalykai daugiausia pagaminti iš baltymų. Kai kurie baltymai yra fermentai, kurie katalizuoja chemines reakcijas; kiti transportuoja medžiagą į ląsteles, o kai kurie veikia kaip jungikliai, kurie aktyvina ar deaktyvuoja kitus baltymus ar baltymų kaskadas.
Taigi, kai įvedamas naujas genas, ląstelė suteikia kodų seką, kad ji galėtų sukurti naują baltymą.
Kaip ląstelės organizuoja savo genus?
Augaluose ir gyvūnų ląstelėse beveik visa DNR yra užsisakyta keliuose ilgintuosiuose grandiniuose, įstrigusiuose į chromosomas. Genai iš tiesų yra tik mažos ilgio DNR sekos dalys, sudarančios chromosomą. Kiekvieną kartą, kai ląstelė kartoja, visos chromosomos pirmiausia kartojamos. Tai yra pagrindinis ląstelių nurodymų rinkinys, ir kiekviena palikuonių ląstelė gauna kopiją. Taigi, norint pristatyti naują geną, kuris leistų ląstelių gaminti naują baltymą, kuris suteikia tam tikrą savybę, reikia tiesiog įterpti šiek tiek DNR į vieną iš ilgų chromosomų grandžių. Kai įdėta, DNR bus perduodama bet kokioms dukterinėms ląstelėms, kai jų ląstelės replikuoja kaip ir visi kiti genai.
Tiesą sakant, tam tikros DNR rūšys gali būti palaikomos ląstelėse, atskirtose nuo chromosomų, o genai gali būti įvedami naudojant šias struktūras, todėl jie neįeina į chromosomos DNR. Tačiau, taikant šį metodą, kai ląstelės chromosominė DNR yra pakeista, po kelių kartų nebereikia palaikyti visose ląstelėse. Dėl nuolatinės ir paveldimos genetinės modifikacijos, tokios kaip procesai, naudojami augalininkystei, naudojami chromosominiai modifikacijos.
Kaip įterpiamas naujas genas?
Genetinė inžinerija paprasčiausiai reiškia įdėti naują DNR bazės seką (paprastai atitinkančią visą geną) į organizmo chromosomų DNR. Tai gali atrodyti konceptualiai paprastas, bet techniškai jis tampa šiek tiek sudėtingesnis. Yra daug techninių detalių, susijusių su teisingų DNR sekos su tinkamais signalais į tinkamą kontekstą, kad ląstelės galėtų atpažinti, kad tai yra genas ir naudoti jį, kad būtų sukurtas naujas baltymas.
Yra beveik visų genų inžinerijos procedūrų pagrindiniai elementai, kurie yra bendri:
- Pirma, jums reikia geno. Tai reiškia, kad jums reikia fizinės DNR molekulės su konkrečia bazine seka. Tradiciškai šios sekas buvo gautos tiesiai iš organizmo, naudojant bet kurį iš kelių sunkių metodų. Šiandien, o ne išskiria DNR iš organizmo, mokslininkai paprastai tiesiog sintezuoja iš pagrindinių A, T, C, G cheminių medžiagų. Gauta seka gali būti įterpiama į bakterinės DNR gabalėlį, kuris yra kaip maža chromosoma (plazmidė) ir, kadangi bakterijos greitai replikuoja, gali būti pagaminta kiek įmanoma daugiau geno.
- Kai turėsite geną, jį reikia įdėti į DNR grandinę, apsuptą dešinėje aplink DNR seką, kad ląstelė ją atpažintų ir išreikštų. Iš esmės tai reiškia, kad jums reikia nedidelės DNR sekos, vadinamos promotoriumi, kuri signalizuoja ląstelę, norint išreikšti genu.
- Be pagrindinio geno, kuris turi būti įterptas, dažnai reikia antrojo geno, kad būtų galima žymėti arba pasirinkti. Šis antrasis genas iš esmės yra priemonė, naudojama genų turinčių ląstelių identifikavimui.
- Galiausiai, būtina įdiegti naujos DNR (ty promotoriaus, naujo geno ir atrankos žymeklio) įvedimo į organizmo ląsteles metodą. Yra keletas būdų tai padaryti. Augalams, mano mėgstamiausia yra genų pistoleto požiūris, kuris naudoja modifikuotą 22 šautuvą, kad šaudyti DNR dengtu volframo arba aukso daleles į ląsteles.
Su gyvulių ląstelėmis yra daugybė transfekcinių reagentų, kurie dengia arba sudėčia DNR ir leidžia juo praeiti per ląstelių membranas. Taip pat dažnai DNR turi būti suskaidytas kartu su modifikuotu virusine DNR, kuri gali būti naudojama kaip geno vektorius, kad geną perneštų į ląsteles. Modifikuotą virusinę DNR gali būti įdėta į įprastą virusų baltymą, kad būtų sukurta pseudovirusas, kuris gali užkrėsti ląsteles ir įterpti DNR, kuria yra šis genas, tačiau nėra pakartotas, kad būtų sukurtas naujas virusas.
Daugybei dikotinių augalų šis genas gali būti dedamas į modifikuotą Agrobacterium tumefaciens bakterijų T-DNR nešiotojo variantą. Yra ir keletas kitų požiūrių. Tačiau daugeliu atvejų tik nedidelis skaičius ląstelių paima geną, kuriam sukurtos ląstelės parenkamos kaip svarbi šio proceso dalis. Štai kodėl paprastai yra reikalingas atrankos arba žymens genas.
Bet kaip paversite genetiškai modifikuotą pelę ar pomidorą?
GMO yra milijonai ląstelių, o pirmiau aprašyta technika tik aprašo, kaip genetiškai inžinierizuoti atskiras ląsteles. Tačiau procesas generuoti visą organizmą iš esmės apima šių genų inžinerijos būdų naudojimą gemalinėms ląstelėms (ty spermai ir kiaušialąstėms). Įvedus pagrindinį geną, likusio proceso metu genetiniai veisimo metodai iš esmės naudoja augalus ar gyvūnus, kuriuose yra naujo geno visose savo kūno ląstelėse. Genetinė inžinerija tikrai yra tik ląstelėms. Biologija daro viską.