Съдържание
- Генетична модификация: Определение
- Какво не е генетична модификация
- Видове генетична модификация
- Гениране на клониране
- Примери за генетична модификация
А ген, от основна биохимична гледна точка, е сегмент от дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) вътре във всяка клетка на организъм, който носи генетичния код за сглобяване на определен протеинов продукт. На по-функционално и динамично ниво гените определят какви организми - животни, растения, гъби и дори бактерии - и в какво са предназначени да се развият.
Докато поведението на гените се влияе от факторите на околната среда (напр. Храненето) и дори от други гени, съставът на вашия генетичен материал по същество диктува почти всичко за вас, видимо и невиждано, от размера на вашето тяло до вашия отговор на микробните нашественици , алергени и други външни агенти.
Следователно способността да се променят, модифицират или инженерни гени по специфични начини би въвела възможността да могат да създават изящно пригодени организми - включително хора - с помощта на дадени комбинации от ДНК, за които се знае, че съдържат определени гени.
Процесът на промяна на организмите генотип (слабо казано, сумата от отделните му гени) и оттам генетичното му „синьо“ е известно като генетична модификация, Също наричан генното инженерство, този вид биохимично маневриране се премести от сферата на научната фантастика в реалност през последните десетилетия.
Свързаните разработки се разраниха както от възбудата от перспективата за подобряване на човешкото здраве и качеството на живот, така и от множество трънливи и неизбежни етични въпроси на различни фронтове.
Генетична модификация: Определение
Генетична модификация е всеки процес, чрез който гените се манипулират, променят, изтриват или коригират с цел амплифициране, промяна или настройка на определена характеристика на организма. Това е манипулиране на черти на абсолютното коренно или клетъчно ниво.
Помислете за разликата между рутинното оформяне на косата по определен начин и реално да можете да контролирате цвета на косата, дължината и общата си подредба (например, направо срещу къдрава), без да използвате никакви продукти за грижа за косата, вместо това разчитайте на даване на невиждани компоненти от инструкциите за тялото относно това как да постигнете и осигурите желания козметичен резултат, и вие придобивате представа за това какво представлява генетичната модификация.
Тъй като всички живи организми съдържат ДНК, генното инженерство може да се извърши върху всеки и всички организми, от бактерии до растения до хора.
Докато четете това, полето на генното инженерство прераства с нови възможности и практики в областта на селското стопанство, медицината, производството и други области.
Какво не е генетична модификация
Важно е да се разбере разликата между буквално променящите се гени и поведението по начин, който се възползва от съществуващ ген.
Много гени не оперират независимо от средата, в която живее родителският организъм. Хранителни навици, стрес от различни видове (напр. Хронични заболявания, които могат или не могат да имат собствена генетична основа) и други неща, които организмите редовно се сблъскват, могат да повлияят на генната експресия или нивото, до което гените се използват за производството на протеиновите продукти за които те кодират.
Ако произхождате от семейство от хора, които са генетично склонни да са по-високи и по-тежки от средните, и се стремите към атлетична кариера в спорт, който благоприятства сила и размери като баскетбол или хокей, можете да вдигнете тежести и да хапнете здрава сума на храна, за да увеличите максимално шансовете си да бъдете максимално големи и силни.
Но това е различно от това, че можете да вмъкнете нови гени във вашата ДНК, които на практика гарантират предвидимо ниво на растеж на мускулите и костите и в крайна сметка човек с всички типични черти на спортна звезда.
Видове генетична модификация
Съществуват много видове техники за генно инженерство и не всички изискват манипулиране на генетичен материал с помощта на сложно лабораторно оборудване.
Всъщност всеки процес, който включва активната и систематична манипулация на организмите генофондили сумата от гените във всяка популация, която се възпроизвежда чрез размножаване (т.е. сексуално), се определя като генно инженерство. Някои от тези процеси, разбира се, наистина са на върха на технологиите.
Изкуствен подбор: Наричана още проста селекция или селективно размножаване, изкуственият подбор е изборът на родителски организми с известен генотип за производство на потомство в количества, които не биха възникнали, ако природата сама беше инженерът, или поне би се появила в много по-големи времеви мащаби.
Когато фермери или животновъди избират кои растения или животни да отглеждат, за да осигурят потомство с определени характеристики, които хората смятат за желани по някаква причина, те практикуват ежедневна форма на генетична модификация.
Индуцирана мутагенеза: Това е използването на рентгенови лъчи или химикали за предизвикване на мутации (непланирани, често спонтанни промени в ДНК) в специфични гени или ДНК последователности на бактерии. Това може да доведе до откриване на генни варианти, които се представят по-добре (или ако е необходимо, по-лошо) от "нормалния" ген. Този процес може да помогне за създаването на нови "линии" на организмите.
Мутациите, макар и често вредни, също са основен източник на генетична променливост в живота на Земята. В резултат на това предизвикването им в голям брой, макар и да създава популации от по-малко подходящи организми, също увеличава вероятността от благоприятна мутация, която след това може да бъде използвана за човешки цели с помощта на допълнителни техники.
Вирусни или плазмидни вектори: Учените могат да въведат ген във фаг (вирус, който заразява бактерии или техните прокариотични роднини, Архея) или плазмиден вектор и след това да поставят модифицирания плазмид или фаг в други клетки, за да въведат новия ген в тези клетки.
Приложенията на тези процеси включват повишаване на устойчивостта срещу болести, преодоляване на антибиотичната резистентност и подобряване на способността на организмите да се противопоставят на стресовете на околната среда като температурни крайности и токсини.Алтернативно използването на такива вектори може да усили съществуваща характеристика, вместо да създаде нов.
Използвайки технологията за размножаване на растения, растението може да бъде „наредено“ да цъфти по-често, или бактериите могат да бъдат предизвиквани да произвеждат протеин или химикали, които обикновено не биха могли.
Ретровирусни вектори: Тук части от ДНК, съдържащи определени гени, се поставят в тези специални видове вируси, които след това транспортират генетичния материал в клетките на друг организъм. Този материал е включен в генома на гостоприемника, така че да може да бъде експресиран заедно с останалата част от ДНК в този организъм.
Казано по-ясно, това включва осезане на верига от гостоприемна ДНК, като се използват специални ензими, вмъкване на новия ген в празнината, създадена чрез рязането и прикрепване на ДНК в двата края на гена към гостоприемната ДНК.
Технология „чукнете, нокаутирайте“: Както подсказва името му, този тип технологии позволяват пълното или частично изтриване на определени участъци от ДНК или определени гени („нокаутиране“). По подобен начин, човешките инженери, стоящи зад тази форма на генетична модификация, могат да избират кога и как да включат („чукат“) нов участък от ДНК или нов ген.
Инжектиране на гени в зараждащи се организми: Инжектирането на гени или вектори, които съдържат гени в яйцата (яйцеклетки), може да включи новите гени в генома на развиващия се ембрион, които следователно се експресират в организма, което в крайна сметка води до резултат.
Гениране на клониране
Генно клониране е пример за използването на плазмидни вектори. Плазмидите, които са кръгли парчета ДНК, се извличат от клетка от бактерии или дрожди. Рестрикционните ензими, които са протеини, които "нарязват" ДНК на определени места по протежение на молекулата, се използват за изрязване на ДНК, създавайки линейна верига от кръговата молекула. След това ДНК за желания ген се "пасира" в плазмида, който се въвежда в други клетки.
Накрая тези клетки започват да четат и кодират гена, който е изкуствено добавен към плазмида.
Свързано съдържание: Определение, функция, структура на РНК
Генирането на гени включва четири основни етапа. В следващия пример целта ви е да произведете щам от E. coli бактерии, които светят в тъмното. (Обикновено, разбира се, тези бактерии не притежават това свойство; ако са го направили, места като световните канализационни системи и много от естествените му водни пътища биха получили ясно различен характер, тъй като E. coli са разпространени в стомашно-чревния тракт на човека.)
1. Изолирайте желаната ДНК. Първо, трябва да намерите или създадете ген, който кодира протеин с необходимото свойство - в този случай светещ в тъмнината. Определени медузи произвеждат такива протеини и е идентифициран отговорният ген. Този ген се нарича the прицелна ДНК, В същото време трябва да определите какъв плазмид ще използвате; това е векторна ДНК.
2. Разцепвайте ДНК, като използвате рестрикционни ензими. Тези гореспоменати протеини, наричани също рестрикционни ендонуклеази, са в изобилие в бактериалния свят. В този етап вие използвате една и съща ендонуклеаза, за да отрежете както целевата ДНК, така и векторната ДНК.
Някои от тези ензими се нарязват направо в двете нишки на молекулата на ДНК, докато в други случаи правят "поетапно" разрязване, оставяйки малки дължини на едноверижна ДНК. Последните се наричат лепкави краища.
3. Комбинирайте целевата ДНК и векторната ДНК. Сега слагате двата типа ДНК заедно с ензим, наречен ДНК лигаза, която функционира като сложен вид лепило. Този ензим обръща работата на ендонуклеазите, като свързва краищата на молекулите заедно. Резултатът е а химераили кичур от рекомбинантна ДНК.
4. Въведете рекомбинантната ДНК в клетката гостоприемник. Сега имате нужния ген и средство да го прехвърлите до мястото, където му е мястото. Има няколко начина за това, сред тях трансформация, в която така наречените компетентни клетки пометат новата ДНК, и електропорация, в който се използва импулс на електричество за кратко разрушаване на клетъчната мембрана, за да може молекулата на ДНК да влезе в клетката.
Примери за генетична модификация
Изкуствен подбор: Развъдчиците на кучета могат да избират за различни черти, по-специално цвят на козината. Ако даден селекционер на лабрадорски ретривъри забележи повишаване на търсенето на даден цвят на породата, той или тя може систематично да се размножава за въпросния цвят.
Генна терапия: При някой с дефектен ген, копие на работещия ген може да бъде въведено в клетките на тези лица, така че необходимия протеин да може да бъде направен с помощта на чужда ДНК.
ГМ култури: Методите за генетично модифициране на селското стопанство могат да се използват за създаване на генетично модифицирани (GM) култури като растения, устойчиви на хербициди, култури, които дават повече плодове в сравнение с конвенционалното развъждане, ГМ растения, устойчиви на студ, култури с подобрен общ добив на реколтата, храни с по-висока хранителна стойност и т.н.
По-общо, през 21-ви век генетично модифицираните организми (ГМО) са прераснали в актуален проблем на европейските и американските пазари поради безопасността на храните и бизнес етиката, свързана с генетичната модификация на културите.
Генетично модифицирани животни: Един пример за ГМ храни в животновъдния свят е отглеждането на пилета, които отглеждат по-големи и по-бързо, за да произвеждат повече месо от гърдата. Рекомбинантните ДНК технологични практики като тези предизвикват етични проблеми поради болката и дискомфорта, които могат да причинят на животните.
Редактиране на гени: Пример за редактиране на гени или за редактиране на геноми е CRISPR, или струпвани редовно преплитащи се къси палиндромни повторения, Този процес се „заимства“ от метод, използван от бактериите, за да се защитят от вируси. Тя включва силно насочена генетична модификация на различни части от целевия геном.
В CRISPR, водач на рибонуклеинова киселина (gRNA), молекула със същата последователност като целевия сайт в генома, се комбинира в клетката гостоприемник с ендонуклеаза, наречена Cas9. GRNA ще се свърже към целевия ДНК сайт, влачейки Cas9 заедно с него. Това редактиране на геном може да доведе до "избиване" на лош ген (като вариант, замесен в причиняване на рак) и в някои случаи позволява лошият ген да бъде заменен с желан вариант.