Osnove genetičke modifikacije
GMO je kratak za "genetski modifikovani organizam". Genetska modifikacija je prisutna decenijama i najefikasniji i brz način za stvaranje biljke ili životinja sa specifičnom osobinom ili karakteristikama. Omogućava precizne specifične promjene DNK sekvence. Pošto DNK u suštini sadrži plan celog organizma, promene u DNK menjaju funkcije koje organizam može da uradi.
Zaista nema drugog načina da to uradimo, osim koristeći tehnike razvijene tokom poslednjih 40 godina da direktno manipulišu DNK.
Kako genetski modifikujete organizam? Zapravo, ovo je prilično široko pitanje. Organizam može biti biljka, životinja, gljivica ili bakterije i sve ovo može biti i genetski inženjerirano skoro 40 godina. Prvi genetski modifikovani organizmi bili su bakterije početkom 1970-ih godina . Od tada, genetski modifikovane bakterije postale su radna grupa više stotina hiljada laboratorija radi genetskih modifikacija na biljkama i životinjama. Većina osnovnih zamena gena i modifikacija su dizajnirani i pripremljeni koristeći bakterije, uglavnom neke varijacije E. coli , a zatim prenete na ciljne organizme.
Opšti pristup genetičkoj promeni biljaka, životinja ili mikroba je konceptualno prilično sličan. Međutim, postoje određene razlike u specifičnim tehnikama zbog opštih razlika između biljnih i životinjskih ćelija.
Na primer, biljne ćelije imaju ćelijske zidove i ćelije životinja ne.
Razlozi za genetske modifikacije biljaka i životinja
GM životinje se prvenstveno proizvode u istraživačke svrhe, često kao modelski biološki sistemi koji se koriste za razvoj lijekova. Postojale su neke GM životinje razvijene za druge komercijalne svrhe, kao što su fluorescentne ribe kao kućni ljubimci, i GM komarci za pomoć u kontroli komaraca koji nose bolesti.
Međutim, ovo su relativno ograničena primjena izvan osnovnih bioloških istraživanja. Do sada nisu odobrene nikakve GM životinje kao izvor hrane. Ipak, uskoro, to se može promeniti sa AquaAdvantage lososom koji prolazi kroz proces odobravanja.
Međutim, s biljkama, situacija je drugačija. Dok se mnoge biljke modifikuju za istraživanje, cilj većine genetskih modifikacija usjeva je da napravi biljni soj, koji je komercijalno ili društveno korisno. Na primjer, prinosi se mogu povećati ako su biljke inžinirane poboljšanom otpornošću na štetočine koje izazivaju bolesti kao što je Rainbow Papaya, ili sposobnost da se razvija u negostoljubivom, možda hladnom regionu. Voće koje ostaje duže, kao što je beskrajni ljetni paradajz, obezbeđuje više vremena za vrijeme polaska nakon žetve za upotrebu. Takođe, napravljene su i osobine koje poboljšavaju nutritivnu vrednost, kao što je zlatni riž dizajniran da bude bogat vitaminom A, ili korisnost plodova, kao što su ne-braon Arctic Jabuke.
U suštini, svaka osobina koja se može manifestovati sa dodatkom ili inhibicijom specifičnog gena, može se uvesti. Osobine koje zahtevaju višestruke gene takođe mogu biti upravljane, ali to zahtijeva složeniji proces koji još nije postignut s komercijalnim kulturama.
Šta je gen?
Pre nego što objasnite kako se novi organizmi stavljaju u organizam, važno je razumeti šta je gen. Kao što mnogi vjerovatno znaju, geni su napravljeni od DNK, koja je delom sastavljena od četiri baze koje se obično označavaju kao jednostavno A, T, C, G. Linijski poredak ovih baza u nizu DNK linije gena može se smatrati kao kod određenog proteina, baš kao i slova u liniji tekstualnog koda za rečenicu.
Proteini su veliki biološki molekuli napravljeni od aminokiselina povezanih zajedno u različitim kombinacijama. Kada je prava kombinacija aminokiselina povezana zajedno, lanac amino kiselina se preklopi u protein sa specifičnim oblikom i odgovarajućim hemijskim osobinama zajedno kako bi omogućio da izvrši određenu funkciju ili reakciju. Životne stvari se uglavnom sastoje od proteina. Neki proteini su enzimi koji katalizuju hemijske reakcije; drugi transportuju materijal u ćelije i neki deluju kao prekidači koji aktiviraju ili deaktiviraju druge proteine ili proteinske kaskade.
Dakle, kada se uvede novi gen, on daje ćeliji sekvencu kodova kako bi omogućila novu proteinu.
Kako ćelije organizuju svoje gene?
U biljkama i ćelijama životinja, skoro sva DNK se naručuje u nekoliko dugih ćelija navijenih na hromozomima. Geni zapravo su samo mali dijelovi dugog dijela DNK koja čine hromozom. Svaki put kad se ćelija replicira, svi hromozomi se prvo repliciraju. Ovo je centralni skup instrukcija za ćeliju, a svaka potomnička ćelija dobija kopiju. Dakle, da uvedemo novi gen koji omogućava ćeliji da napravi novi protein koji daje određenu osobinu, potrebno je jednostavno ubaciti malo DNK u jednu od dugih hromozomskih ćelija. Kada se ubaci, DNK će biti prenošena na bilo koje ćerke ćelije kada se ćelije repliciraju kao i svi ostali geni.
U stvari, određene vrste DNK mogu se održavati u ćelijama odvojenim od hromozoma, a geni se mogu uvesti koristeći ove strukture, tako da se ne integrišu u hromozomsku DNK. Međutim, ovim pristupom, pošto se hromozomska DNK ćelija menja, obično se ne održava u svim ćelijama nakon nekoliko replikacija. Za stalnu i nasledjujuću genetsku modifikaciju, kao što su oni procesi koji se koriste za inžinjering u kulturi, koriste se hromozomske modifikacije.
Kako je unos novog gena?
Genetski inženjering jednostavno govori o ubacivanju nove DNA bazne sekvence (obično odgovara čitavom genu) u hromozomsku DNK organizma. Ovo može izgledati jednostavno direktno, ali tehnički, postaje malo komplikovanije. Postoji mnogo tehničkih detalja uključenih u dobijanje prave DNK sekvence sa pravim signalima u hromozom u pravom kontekstu koji omogućava ćelijama da prepoznaju da je gen i da ga koriste da bi napravili novi protein.
Postoje četiri ključna elementa koji su uobičajeni za skoro sve postupke genetskog inženjeringa:
- Prvo, potreban vam je gen. To znači da vam je potreban fizički DNK molekul sa određenim baznim sekvencama. Tradicionalno, ove sekvence su dobijene direktno iz organizma koristeći bilo koju od nekoliko labaratornih tehnika. Danas, umesto ekstrakcije DNK iz organizma, naučnici obično jednostavno sintetizuju iz osnovnih hemikalija A, T, C, G. Nakon što se dobije, sekvenca se može ubaciti u komad bakterijske DNK koja je poput malog hromozoma (plazmida) i, pošto se bakterije brzo ponavljaju, što se može učiniti što više gena.
- Jednom kada imate gen, morate ga postaviti u DNK sklop okružen pravilnom sekvencom DNK koja omogućava ćeliji da je prepozna i izrazi. U principu, ovo znači da vam je potrebna mala DNK sekvenca koja se zove promoter koji signalizira ćeliju da izrazi gen.
- Pored glavnog gena koji treba ubaciti, često je potreban drugi gen za pružanje markera ili selekcije. Ovaj drugi gen je u suštini alat koji se koristi za identifikaciju ćelija koje sadrže gene.
- Konačno, neophodno je imati metod za isporuku nove DNK (tj. Promotera, novog gena i selekcionog markera) u ćelije organizma. Postoji više načina za to. Za biljke, moj omiljeni je pristup genskim pištoljem koji koristi modifikovanu 22 pušku kako bi sakupljali DNK volfralne ili zlatne čestice u ćelije.
Sa ćelijama životinja postoji niz transfekcionih reagensa koji premazuju ili kompleksuju DNK i omogućavaju mu da prolaze kroz ćelijske membrane. Takođe je uobičajeno da se DNK spoji zajedno sa modifikovanom virusnom DNK, koja se može koristiti kao genski vektor za prenos gen u ćelije. Modificirana virusna DNK može biti inkapsulirana normalnim virusnim proteinima kako bi se napravio pseudovirus koji može zaraziti ćelije i ubaciti DNK koja nosi gen, ali se ne reprodukuje da bi napravio novi virus.
Za mnoge biljke dikota, gen se može staviti u modifikovanu varijantu nosioca T-DNK bakterija Agrobacterium tumefaciens. Postoji još nekoliko pristupa. Međutim, sa većinom, samo mali broj ćelija podiže odabir ćelijskih ćelija u genima kritičan dio ovog procesa. Zbog toga je obično potreban selekcioni ili markerski gen.
Ali, kako napravite genetski konstruisani miš ili paradajz?
GMO je organizam sa milionima ćelija, a tehnika iznad samo zaista opisuje kako genetski inženjerirati pojedine ćelije. Međutim, proces stvaranja celog organizma u suštini podrazumeva upotrebu teh tehnika genetskog inženjeringa na ćelijama stomaka (tj. Spermi i jajne ćelije). Kada se ključni gen ubaci, ostatak procesa u osnovi koristi genetičke metode uzgoja kako bi proizveo biljke ili životinje koje sadrže novi gen u svim ćelijama u svom telu. Genetski inženjering je zaista napravljen samo za ćelije. Ostatak biologije.