Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Geenitekniikka organismin muuttamiseksi
- Keinotekoinen valinta oli varhaisin geenitekniikka
- Ensimmäinen geneettisesti muokattu organismi
- Muut geenitekniikan muinaiset muodot
- Moderni geenitekniikka
- Kahden lajin DNA: n yhdistäminen
- Geenitekniikan nykyhistoria
- Geenitekniikan ja bioteknologian välinen yhteys
- Teollinen bioteknologia ja polttoaineet
- Lääketieteellisen biotekniikan ja lääketeollisuuden yritykset
- Biotekniikka ja vastavirta
biotekniikka on biotieteen ala, joka käyttää eläviä organismeja ja biologisia järjestelmiä muokattujen tai uusien organismien tai hyödyllisten tuotteiden luomiseen. Tärkeä osa bioteknologiaa on geenitekniikka.
Suosittu bioteknologiakäsite on yksi laboratorioissa tehdyistä kokeista ja huipputeknologisesta kehityksestä, mutta biotekniikka on integroitu paljon enemmän ihmisten jokapäiväiseen elämään kuin miltä näyttää.
Saamasi rokotteet, ruokakaupasta ostamat soijakastike, juusto ja leipä, päivittäisessä ympäristössä olevat muovit, ryppyjä kestävät puuvillavaatteet, puhdistus öljyvuotojen uutisien jälkeen ja muut ovat kaikki esimerkkejä biotekniikasta. He kaikki "työllistävät" eläviä mikrobeja tuotteen luomiseksi.
Jopa Lymen taudin verikoe, rintasyövän kemoterapiahoito tai insuliini-injektio voivat olla bioteknologian tulosta.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Biotekniikka perustuu geenitekniikan alaan, joka modifioi DNA: ta muuttamaan elävien organismien toimintaa tai muita piirteitä.
Varhaisia esimerkkejä tästä on kasvien ja eläinten selektiivinen jalostaminen tuhansia vuosia sitten. Nykyään tutkijat muokkaavat tai siirtävät DNA: ta lajista toiseen. Bioteknologia valjastaa nämä prosessit useille teollisuudenaloille, mukaan lukien lääketiede, elintarvikkeet ja maatalous, valmistus ja biopolttoaineet.
Geenitekniikka organismin muuttamiseksi
Biotekniikka ei olisi mahdollista ilman geenitekniikka. Nykyaikaisesti tämä prosessi manipuloi solujen geneettistä tietoa laboratoriotekniikoilla elävien organismien piirteiden muuttamiseksi.
Tutkijat voivat käyttää geenitekniikkaa muuttaakseen tapaa, jolla organismi näyttää, käyttäytyy, toimii tai on vuorovaikutuksessa ympäristönsä tiettyjen materiaalien tai ärsykkeiden kanssa. Geenitekniikka on mahdollista kaikissa elävissä soluissa; tämä sisältää mikro-organismit, kuten bakteerit, ja monisoluisten organismien, kuten kasvien ja eläinten, yksittäiset solut. Jopa ihmisen perimää voidaan muokata käyttämällä näitä tekniikoita.
Joskus tutkijat muuttavat solun geneettistä tietoa muuttamalla suoraan sen geenejä. Muissa tapauksissa yhden organismin DNA-palat implantoidaan toisen organismin soluihin. Uusia hybridisoluja kutsutaan siirtogeenisiä.
Keinotekoinen valinta oli varhaisin geenitekniikka
Geenitekniikka voi tuntua huippumoderniselta tekniikan edistykseltä, mutta se on ollut käytössä vuosikymmenien ajan monilla aloilla. Itse asiassa nykyaikainen geenitekniikka juontaa juurensa muinaisista ihmisen käytännöistä, jotka Charles Darwin ensin määritteli nimellä keinotekoinen valinta.
Keinotekoinen valinta, jota kutsutaan myös valikoiva kasvatus, on menetelmä kasvien, eläinten tai muiden organismien pariutumisparien tarkoitukselliseksi valitsemiseksi haluttujen ominaisuuksien perusteella. Syy tähän on luoda jälkeläisiä näiden ominaisuuksien kanssa ja toistaa prosessi tulevien sukupolvien kanssa väestön ominaisuuksien asteittaiseksi vahvistamiseksi.
Vaikka keinotekoinen valinta ei vaadi mikroskopiaa tai muita edistyneitä laboratoriolaitteita, se on tehokas geenitekniikan muoto. Vaikka se alkoi muinaisena tekniikkana, ihmiset käyttävät sitä edelleen.
Yleisiä esimerkkejä ovat:
Ensimmäinen geneettisesti muokattu organismi
Ensimmäinen tunnettu esimerkki ihmisistä, jotka osallistuvat organismin keinotekoiseen valintaan, on Canis lupus familiaristai kuten yleisemmin tiedetään, koira. Noin 32 000 vuotta sitten ihmiset Itä-Aasian alueella, joka on nyt Kiina, asuivat metsästäjä-keräilijäryhmissä. Villit susit seurasivat ihmisryhmiä ja raaputtivat ruhoihin, jotka metsästäjät jättivät.
Tutkijoiden mielestä on todennäköistä, että ihmiset sallivat vain sellaiset oppiset susit, jotka eivät olleet uhka elää. Tällä tavoin koirien haaroittuminen susista alkoi itsevalinnalla, kun yksilöistä, joilla oli ominaispiirteensä, jotka antoivat heidän sietää ihmisten läsnäoloa, tuli metsästäjä-keräilijöiden kotoistettuja seuralaisia.
Lopulta ihmiset alkoivat tarkoituksellisesti koduttaa ja sitten kasvattaa koirasukupolvia haluttujen piirteiden, etenkin oppimisen, vuoksi. Koirista tuli uskollisia ja suojaavia seuralaisia ihmisille. Tuhansien vuosien ajan ihmiset kasvattivat niitä valikoivasti tiettyjen piirteiden, kuten turkin pituuden ja värin, silmien koon ja kuonon pituuden, kehon koon, sijoituksen ja muun suhteen.
Itä-Aasian 32 000 vuotta sitten villit susit, jotka jakautuivat 32 000 vuotta sitten koiriksi, käsittävät melkein 350 erilaista koirarodua. Nämä varhaiset koirat ovat läheisimmin geneettisesti sukulaisia nykyaikaisiin koiriin, joita kutsutaan Kiinan kotoperäisiksi koiriksi.
Muut geenitekniikan muinaiset muodot
Keinotekoinen valinta ilmenee myös muinaisissa ihmisen kulttuureissa. Kun ihmiset siirtyivät kohti maaseutuyhteisöjä, he käyttivät keinotekoista valintaa yhä useamman kasvi- ja eläinlajin kanssa.
He kotieläimiä kasvattamalla niitä sukupolvelta toiselle, vain paritten jälkeläiset, joilla oli toivottuja piirteitä. Nämä ominaisuudet riippuivat eläimen tarkoituksesta. Esimerkiksi nykyaikaisia kesytettyjä hevosia käytetään yleisesti monissa kulttuureissa kuljetuksina ja pakkauseläiminä, osana eläinryhmää, jota kutsutaan yleisesti taakan petoja.
Siksi piirteitä, joita hevoskasvattajat ovat voineet etsiä, ovat oppiminen ja voima, samoin kuin lujuus kylmässä tai kuumuudessa ja kyky kasvaa vankeudessa.
Muinaiset yhteiskunnat käyttivät geenitekniikkaa myös muilla tavoin kuin keinotekoisella valinnalla. 6000 vuotta sitten egyptiläiset käyttivät hiivaa leivän hapanmiseen ja käyneet hiivat viinin ja oluen valmistukseen.
Moderni geenitekniikka
Moderni geenitekniikka tapahtuu laboratoriossa selektiivisen jalostuksen sijasta, koska geenit kopioidaan ja siirretään yhdestä DNA-kappaleesta toiseen tai organismin solusta toiseen organismin DNA: han. Tämä perustuu DNA-renkaaseen nimeltään a plasmidi.
plasmidit ovat läsnä bakteeri- ja hiivasoluissa ja ovat erillään kromosomeista. Vaikka molemmat sisältävät DNA: ta, plasmidit eivät tyypillisesti ole välttämättömiä solun selviytymiselle. Vaikka bakteerikromosomit sisältävät tuhansia geenejä, plasmidit sisältävät vain niin monta geeniä kuin voisit lukea toisaalta. Tämä tekee niistä paljon yksinkertaisemman manipuloida ja analysoida.
Löytö 1960 - luvulla restriktioendonukleaasit, tunnetaan myös restriktioentsyymit, johti läpimurtoon geenien muokkaamisessa. Nämä entsyymit leikkaavat DNA: ta tietyissä kohdissa pohjaparit.
Pohjaparit ovat sitoutuneita nukleotidin jotka muodostavat DNA-juosteen. Bakteerilajeista riippuen, restriktioentsyymi on erikoistunut tunnistamaan ja leikkaamaan emäsparien erilaisia sekvenssejä.
Aiheeseen liittyvä sisältö: Molekyylibiologian määritelmä
Tutkijat havaitsivat kykenevänsä käyttämään restriktioentsyymejä leikata plasmidirenkaiden paloja. Sitten he pystyivät tuomaan DNA: ta eri lähteestä.
Toinen entsyymi nimeltään DNA-ligaasi kiinnittää vieraan DNA: n alkuperäiseen plasmidiin tyhjään rakoon, jonka puuttuva DNA-sekvenssi on jättänyt. Tämän prosessin lopputulos on vieraan geenisegmentin sisältävä plasmidi, jota kutsutaan a: ksi vektori.
Jos DNA-lähde oli eri laji, uutta plasmidia kutsutaan rekombinantti-DNAtai a kauhukuva. Kun plasmidi on viety uudelleen bakteerisoluun, uusia geenejä ekspressoidaan ikään kuin bakteerilla olisi aina ollut kyseinen geneettinen rakenne. Kun bakteeri replikoituu ja moninkertaistuu, myös geeni kopioidaan.
Kahden lajin DNA: n yhdistäminen
Jos tavoitteena on viedä uusi DNA sellaisen organismin soluun, joka ei ole bakteereja, tarvitaan erilaisia tekniikoita. Yksi näistä on geenipyssy, joka räjäyttää hyvin pienet raskasmetallielementtien hiukkaset, jotka on päällystetty yhdistelmä-DNA: lla kasvi- tai eläinkudoksessa.
Kaksi muuta tekniikkaa vaativat tartuntatautiprosessien vallan hyödyntämistä. Bakteerikanta, jota kutsutaan Agrobacterium tumefaciens tartuttaa kasveja aiheuttaen kasvaimien kasvua kasvussa. Tutkijat poistavat tautia aiheuttavat geenit kasvaimista vastaavasta plasmidista, nimeltään titai tuumoria indusoiva plasmidi. Ne korvaavat nämä geenit millä tahansa geeneillä, jotka he haluavat siirtää kasveen niin, että kasvi "tarttuu" toivotulla DNA: lla.
Aiheeseen liittyvä sisältö: Solubiologia: Katsaus prokaryoottisiin ja eukaryoottisiin soluihin
Virukset tunkeutuvat usein muihin soluihin bakteereista ihmisen soluihin ja insertoivat oman DNA: n. virusvektori tutkijat käyttävät DNA: ta siirtääkseen kasvi- tai eläinsoluun. Sairautta aiheuttavat geenit poistetaan ja korvataan halutuilla geeneillä, jotka voivat sisältää merkkigeenejä merkkinä siitä, että siirto tapahtui.
Geenitekniikan nykyhistoria
Ensimmäinen esimerkki nykyaikaisesta geneettisestä muuntamisesta oli vuonna 1973, kun Herbert Boyer ja Stanley Cohen siirsivät geenin bakteerikannasta toiseen. Geeni koodasi antibioottiresistenssiä.
Seuraavana vuonna tutkijat loivat ensimmäisen muunteen geneettisesti muunnetusta eläimestä, kun Rudolf Jaenisch ja Beatrice Mintz lisäsivät onnistuneesti vieraan DNA: n hiiren alkioihin.
Tutkijat aloittivat geenitekniikan soveltamisen laajalle organismialueelle kasvavan määrän uusia tekniikoita varten. Esimerkiksi he kehittivät kasveja, joilla on rikkakasvien torjunta-aineiden kestävyyttä, jotta viljelijät voisivat ruiskuttaa rikkakasveja vahingoittamatta kasvejaan.
He myös muokkasivat ruokia, erityisesti vihanneksia ja hedelmiä, jotta ne kasvaisivat paljon suuremmiksi ja kestäisivät pidempään kuin muuttumattomat serkkunsa.
Geenitekniikan ja bioteknologian välinen yhteys
Geenitekniikka on biotekniikan perusta, koska bioteknologiateollisuus on yleisessä mielessä laaja ala, johon sisältyy muiden elävien lajien käyttö ihmisten tarpeisiin.
Tuhansien vuosien takaisesi esi-isäsi, jotka kasvattivat valikoivasti koiria tai tiettyjä kasveja, käyttivät bioteknologiaa. Niin myös nykyajan viljelijät ja koiran kasvattajat, samoin kaikki leipomot ja viinitilat.
Aiheeseen liittyvä sisältö: Kuinka ottaa yhteyttä edustajaasi ilmastomuutoksesta
Teollinen bioteknologia ja polttoaineet
Polttoaineiden lähteissä käytetään teollista bioteknologiaa; tästä tulee termi "biopolttoaineet". Mikro-organismit kuluttavat rasvoja ja tekevät niistä etanolia, joka on kulutuspolttoaineen lähde.
Entsyymejä käytetään tuottamaan kemikaaleja, joissa on vähemmän jätettä ja kustannuksia kuin perinteisillä menetelmillä, tai puhdistamaan valmistusprosesseja hajottamalla kemialliset sivutuotteet.
Lääketieteellisen biotekniikan ja lääketeollisuuden yritykset
Biotekniikka on muuttanut terveydenhuollon kasvoja kantasoluhoidoista parannettuihin verikokeisiin moniin lääkkeisiin. Biolääketieteelliset lääketieteelliset yritykset käyttävät mikrobeja uusien lääkkeiden, kuten monoklonaaliset vasta-aineet (näitä lääkkeitä käytetään monien sairauksien, mukaan lukien syöpä, hoitoon), antibioottien, rokotteiden ja hormonien hoitoon.
Merkittävä lääketieteellinen edistysaskel oli synteettisen insuliinin valmistusprosessin kehittäminen geenitekniikan ja mikrobien avulla. Ihmisinsuliinin DNA lisätään bakteereihin, jotka replikoituvat ja kasvavat ja tuottavat insuliinia, kunnes insuliini voidaan kerätä ja puhdistaa.
Biotekniikka ja vastavirta
Ingo Potrykus käytti vuonna 1991 maatalouden bioteknologiatutkimusta kehittääkseen sellaisen riisin, joka on täydennetty beetakaroteenilla, jonka elin muuntaa A-vitamiiniksi ja joka on ihanteellinen viljelyyn Aasian maissa, joissa lapsuuden sokeus A-vitamiinin puutteesta on erityinen ongelma.
Tiedeyhteisön ja kansalaisten välinen vääränlainen viestintä on johtanut suuriin kiistoihin geneettisesti muunnettujen organismien tai muuntogeenisten organismien suhteen. Kuten nimeltään Golden Rice, kuten geeniteknisesti muunnetussa elintarvikkeessa, oli niin pelkoa ja hätää, että huolimatta siitä, että kasvit olivat valmiit levitettäviksi Aasian viljelijöille vuonna 1999, jakelua ei ole vielä tapahtunut.