Sisältö
- Geneettinen muuntaminen: Määritelmä
- Mikä geneettinen muuntaminen ei ole
- Geneettisen muunnoksen tyypit
- Geenikloonaus
- Geneettisen muunnoksen esimerkit
geeniPerusbiokemiallisesta näkökulmasta katsottuna on deoksiribonukleiinihapon (DNA) segmentti jokaisessa organismin solussa, jolla on geneettinen koodi tietyn proteiinituotteen kokoamiseksi. Funktionaalisemmalla ja dynaamisemmalla tasolla geenit määrittävät, mitä organismit - eläimet, kasvit, sienet ja jopa bakteerit - ovat ja mihin niiden on tarkoitus kehittyä.
Vaikka geenien käyttäytymiseen vaikuttavat ympäristötekijät (esim. Ravitsemus) ja jopa muut geenit, geneettisen materiaalisi koostumus sanelee ylivoimaisesti melkein kaiken sinusta, näkyvän ja näkymättömän, kehon koosta koko siihen, kunnes reagoit mikrobien hyökkääjiin. , allergeenit ja muut ulkoiset tekijät.
Mahdollisuus muuttaa, modifioida tai suunnitella geenejä tietyillä tavoilla johtaisi siis siihen, että pystytään luomaan erinomaisesti räätälöityjä organismeja - mukaan lukien ihmiset - käyttämällä tiettyjä DNA-yhdistelmiä, joiden tiedetään sisältävän tiettyjä geenejä.
Organismien muuttamisprosessi genotyyppi (löyhästi sanottuna sen yksittäisten geenien summa) ja siten sen geneettinen "sininen" tunnetaan nimellä geneettinen muokkaus. Kutsutaan myös geenitekniikka, tällainen biokemiallinen liikkuminen on siirtynyt tieteiskirjallisuuden alueelta todellisuuteen viime vuosikymmeninä.
Liittyvään kehitykseen on vaikuttanut sekä jännitys ihmisten terveyden ja elämänlaadun parantamismahdollisuuksista että joukko hankalia ja välttämättömiä eettisiä kysymyksiä eri rintamilla.
Geneettinen muuntaminen: Määritelmä
Geneettinen muokkaus on mikä tahansa prosessi, jolla geenejä manipuloidaan, muutetaan, poistetaan tai säädetään organismin tietyn ominaisuuden monistamiseksi, muuttamiseksi tai säätämiseksi. Se on ominaisuuksien manipulointi absoluuttisella juuritasolla - tai solutasolla.
Harkitse eroa hiusten rutiininomaisella muotoilulla tietyllä tavalla ja sen välillä, kuinka pystyt tosiasiallisesti hallitsemaan hiuksen väriä, pituutta ja yleistä järjestelyä (esim. Suora tai kihara) käyttämättä mitään hiustenhoitotuotteita, sen sijaan, että luottaisi ruumiin ohjeiden näkymättömiin osiin. siitä, kuinka saavuttaa ja varmistaa toivottu kosmeettinen tulos, ja saat käsityksen siitä, mistä geneettisellä muuntelulla on kyse.
Koska kaikki elävät organismit sisältävät DNA: ta, geenitekniikka voidaan suorittaa kaikille ja kaikille organismeille, bakteereista kasveihin ihmisiin.
Tätä lukiessasi geenitekniikan ala kasvaa uusilla mahdollisuuksilla ja käytännöillä maatalouden, lääketieteen, valmistuksen ja muiden alojen aloilla.
Mikä geneettinen muuntaminen ei ole
On tärkeää ymmärtää ero kirjaimellisesti muuttuvien geenien ja käyttäytymisen välillä tavalla, joka hyödyntää olemassa olevaa geeniä.
Monet geenit eivät toimi riippumatta ympäristöstä, jossa emo-organismi asuu. Ruokavalintotavat, erityyppiset stressit (esim. Krooniset sairaudet, joilla voi olla oma geneettinen perusta tai joilla ei ehkä ole omaa geneettistä perustaa) ja muut asiat, joita organismit rutiininomaisesti kohtaavat, voivat vaikuttaa geenien ilmentymiseen tai tasoon, johon geenejä käytetään proteiinituotteiden valmistukseen jota he koodittavat.
Jos olet kotoisin ihmisistä, jotka ovat geneettisesti taipuvaisia olemaan keskimääräistä korkeampia ja raskaampia, ja haluaisit urheilullisen uran urheilussa, joka suosii voimaa ja kokoa, kuten koripalloa tai jääkiekkoa, voit nostaa painoja ja syödä voimakkaan määrän. ruokaa maksimoidaksesi mahdollisuutesi olla niin suuri ja vahva kuin mahdollista.
Mutta tämä eroaa siitä, että pystyt lisäämään DNA: iisi uusia geenejä, jotka käytännössä takaavat ennustettavissa olevan lihaksen ja luun kasvun tason ja viime kädessä ihmisen, jolla on kaikki urheilutähden tyypilliset piirteet.
Geneettisen muunnoksen tyypit
Geenitekniikan tekniikoita on olemassa monenlaisia, eivätkä kaikki vaadi geneettisen materiaalin manipulointia kehittyneillä laboratoriolaitteilla.
Itse asiassa mikä tahansa prosessi, johon sisältyy aktiivinen ja systemaattinen organismien manipulointi geeniallastai geenien summa missä tahansa populaatiossa, joka lisääntyy lisääntymisen kautta (ts. seksuaalisesti), voidaan luokitella geenitekniikaksi. Jotkut näistä prosesseista ovat tietysti tekniikan kärjessä.
Keinotekoinen valinta: Kutsutaan myös yksinkertaiseksi selektioksi tai selektiiviseksi jalostukseksi, keinotekoinen valinta on emo-organismien, joilla on tunnettu genotyyppi, valinta jälkeläisten tuottamiseksi sellaisina määrinä, joita ei tapahdu, jos luonto yksin olisi insinööri, tai tapahtuisi ainakin huomattavasti suurempina ajanjaksoina.
Kun viljelijät tai koirankasvattajat valitsevat kasvattavat tai eläimet kasvattaakseen varmistaakseen jälkeläisten, joilla on tiettyjä ominaisuuksia, joita ihmiset pitävät jostain syystä toivottavina, he harjoittavat päivittäistä geneettisen muuntamisen muotoa.
Indusoitunut mutageneesi: Tämä on röntgensäteiden tai kemikaalien käyttö mutaatioiden (suunnittelemattomat, usein spontaanit DNA: n muutokset) indusoimiseksi bakteerien spesifisissä geeneissä tai DNA-sekvensseissä. Se voi johtaa geenivarianttien löytämiseen, jotka toimivat paremmin (tai tarvittaessa huonommin) kuin “normaali” geeni. Tämä prosessi voi auttaa luomaan uusia organismilinjoja.
Vaikka mutaatiot ovat usein haitallisia, ne ovat myös perusedellytys maapallon elämän geneettiselle vaihtelulle. Seurauksena on, että niiden indusoiminen suurina määrinä, vaikka ne tietysti muodostavat vähemmän sopeutuneiden organismien populaatioita, lisää myös hyödyllisen mutaation todennäköisyyttä, jota voidaan sitten hyödyntää ihmisen tarkoituksiin lisätekniikoita käyttämällä.
Virus- tai plasmidivektorit: Tutkijat voivat viedä geenin faagiin (virus, joka tartuttaa bakteereita tai niiden prokaryoottisia sukulaisia, Archaea) tai plasmidivektoriin, ja sitten sijoittaa modifioitu plasmidi tai faagi muihin soluihin uuden geenin tuomiseksi näihin soluihin.
Näiden prosessien sovellutuksiin sisältyy lisääntyvä taudinresistenssi, antibioottiresistenssin voittaminen ja organismien kyvyn vastustaa ympäristöstressoreita, kuten lämpötilan ääri- ja toksiineja.Tällaisten vektorien käyttö voi vaihtoehtoisesti monistaa olemassa olevan ominaisuuden uuden luomisen sijasta.
Kasvinjalostustekniikkaa käyttämällä kasvi voidaan "määrätä" kukistamaan useammin, tai bakteereita voidaan saada aikaan tuottamaan proteiinia tai kemikaalia, jota he eivät normaalisti olisi.
Retrovirusvektorit: Täällä DNA-osia, jotka sisältävät tiettyjä geenejä, laitetaan näihin erityyppisiin viruksiin, jotka kuljettavat sitten geneettisen materiaalin toisen organismin soluihin. Tämä materiaali sisällytetään isäntägenomiin, jotta niitä voidaan ekspressoida yhdessä muun organismin DNA: n kanssa.
Yksinkertaisesti sanottuna tähän sisältyy isäntä-DNA-juosteen snippaus erityisillä entsyymeillä, uuden geenin sijoittaminen hajottamisen luomaan aukkoon ja DNA: n kiinnittäminen geenin molemmissa päissä isäntä-DNA: han.
"Knock in, knock out" -teknologia: Kuten nimensä päättelee, tämäntyyppinen tekniikka sallii DNA: n tai tiettyjen geenien tiettyjen osien täydellisen tai osittaisen poistamisen ("koputtaa"). Samanlaisissa linjoissa tämän geneettisen muuntamisen muodon takana olevat ihmisinsinöörit voivat valita, milloin ja miten uusi DNA-osa tai uusi geeni kytketään päälle ("koputtaa").
Geenien injektointi syntyviin organismeihin: Geenejä sisältävien geenien tai vektoreiden injektoiminen muniin (munasoluihin) voi sisällyttää uudet geenit kehittyvän alkion genomiin, minkä vuoksi ne ilmenevät lopulta tuloksena olevassa organismissa.
Geenikloonaus
Geenikloonaus on esimerkki plasmidivektorien käytöstä. Plasmidit, jotka ovat pyöreitä DNA-paloja, uutetaan bakteeri- tai hiivasolusta. Restriktioentsyymejä, jotka ovat proteiineja, jotka “leikkaavat” DNA: ta tietyissä paikoissa molekyylin kohdalla, käytetään DNA: n snipmiseen, muodostaen lineaarisen juosteen ympyränmuotoisesta molekyylistä. Sitten halutun geenin DNA "liitetään" plasmidiin, joka viedään muihin soluihin.
Lopuksi nuo solut alkavat lukea ja koodata geeniä, joka oli keinotekoisesti lisätty plasmidiin.
Aiheeseen liittyvä sisältö: RNA-määritelmä, toiminta, rakenne
Geenikloonaus sisältää neljä perusvaihetta. Seuraavassa esimerkissä tavoitteesi on tuottaa kanta E. coli bakteerit, jotka hehkuvat pimeässä. (Tavallisesti näillä bakteereilla ei tietenkään ole tätä ominaisuutta; jos ne olisivat, paikoissa, kuten maailman viemärijärjestelmät ja monilla sen luonnollisilla vesiteillä, olisi selvästi erilainen luonne, kuten E. coli ovat yleisiä ihmisen maha-suolikanavassa.)
1. Eristä haluttu DNA. Ensin on löydettävä tai luotava geeni, joka koodaa proteiinia, jolla on vaadittu ominaisuus - tässä tapauksessa hehkuva pimeässä. Tietyt meduusat tuottavat tällaisia proteiineja, ja vastuullinen geeni on tunnistettu. Tätä geeniä kutsutaan kohde-DNA. Samanaikaisesti sinun on määritettävä, mitä plasmidia käytät; Tämä on vektori-DNA.
2. Selkeytä DNA käyttämällä restriktioentsyymejä. Nämä edellä mainitut proteiinit, joita kutsutaan myös restriktioendonukleaasit, on runsaasti bakteerimaailmassa. Tässä vaiheessa käytät samaa endonukleaasia leikkaamaan sekä kohde-DNA että vektori-DNA.
Jotkut näistä entsyymeistä leikkaavat suoraan DNA-molekyylin molempien juosteiden poikki, kun taas toisissa tapauksissa ne tekevät "porrastetun" leikkauksen, jättäen paljaiksi pienet yksijuosteisen DNA: n pituudet. Viimeksi mainittuja kutsutaan tahmeat päät.
3. Yhdistä kohde-DNA ja vektori-DNA. Laitat nyt nämä kaksi DNA-tyyppiä yhdessä kutsutun entsyymin kanssa DNA-ligaasi, joka toimii hienostuneena liimana. Tämä entsyymi kääntää endonukleaasien työn yhdistämällä molekyylien päät toisiinsa. Tuloksena on kauhukuvatai nauha rekombinantti-DNA.
4. Lisää rekombinantti-DNA isäntäsoluun. Nyt sinulla on tarvitsemasi geeni ja keino kuljettaa se sinne, mihin se kuuluu. Niiden joukossa on useita tapoja tehdä tämä muutos, jossa ns. toimivaltaiset solut pyyhkäisevät uuden DNA: n, ja elektroporaatio, jossa sähköpulssia käytetään hetkellisesti hajottamaan solukalvo antamaan DNA-molekyylin päästä soluun.
Geneettisen muunnoksen esimerkit
Keinotekoinen valinta: Koirankasvattajat voivat valita erilaisia piirteitä, erityisesti turkin värin. Jos tietyllä labradorinnoutaja-kasvattajalla on havaittu kasvava kysyntä tietyn rodun värin suhteen, hän voi systemaattisesti kasvattaa kyseistä väriä.
Geeniterapia: Joku, jolla on viallinen geeni, kopio työskentelevästä geenistä voidaan viedä kyseisten henkilöiden soluihin siten, että tarvittava proteiini voidaan valmistaa vieraalla DNA: lla.
Muuntogeeniset viljelykasvit: Geneettisesti muunnettuja maatalouden menetelmiä voidaan käyttää geneettisesti muunnettujen (GM) kasvien, kuten rikkakasvien torjunta-aineille vastustuskykyisten kasvien, viljelykasvien, jotka tuottavat enemmän hedelmiä tavanomaiseen jalostukseen verrattuna, geneettisesti muunnettujen kasvien, jotka ovat vastustuskykyisiä kylmyydelle, kasvien, joiden kokonaissato on parantunut, ja korkeampi ravintoarvo ja niin edelleen.
Laajemmin, 2000-luvulla, geneettisesti muunnetut organismit (GMO) ovat kukoistaneet kuumapainikkeena Euroopan ja Amerikan markkinoilla johtuen sekä elintarvikkeiden turvallisuudesta että liiketieteellisistä huolenaiheista, jotka liittyvät viljelykasvien geneettiseen muuntamiseen.
Geneettisesti muunnetut eläimet: Yksi esimerkki karjamaailman muuntogeenisistä elintarvikkeista on siitoskanat, jotka kasvavat suuremmiksi ja nopeammin tuottamaan enemmän rinnan lihaa. Tällaiset yhdistelmä-DNA-tekniikan käytännöt herättävät eettisiä huolenaiheita kivun ja epämukavuuden vuoksi, jota se voi aiheuttaa eläimille.
Geenien muokkaaminen: Esimerkki geenien muokkaamisesta tai genomien muokkaamisesta on CRISPRtai ryhmitelty säännöllisesti välilyönnillä lyhyet palindromic toistot. Tämä prosessi "lainataan" menetelmästä, jota bakteerit käyttävät puolustautuakseen viruksilta. Siihen sisältyy kohdegeenin eri osien erittäin kohdennettu geneettinen modifiointi.
CRISPR: ssä ohjaava ribonukleiinihappo (gRNA), molekyyli, jolla on sama sekvenssi kuin kohdekohdassa genomissa, yhdistetään isäntäsolussa endonukleaasin kanssa, jonka nimi on Cas9. GRNA sitoutuu kohde-DNA-kohtaan vetämällä Cas9: tä sen mukana. Tämä genomin muokkaus voi johtaa huonon geenin "kaatamiseen" (kuten syövän aiheuttamiseen tarkoitettu variantti) ja joissakin tapauksissa antaa sallia huono geenin korvaaminen toivotulla variantilla.