Obsah
- Genetická modifikácia: definícia
- Čo nie je genetická modifikácia
- Druhy genetickej modifikácie
- Klonovanie génov
- Príklady genetickej modifikácie
genje zo základného biochemického hľadiska segment kyseliny deoxyribonukleovej (DNA) vo vnútri každej bunky organizmu, ktorý nesie genetický kód na zostavenie konkrétneho proteínového produktu. Na funkčnejšej a dynamickejšej úrovni gény určujú, aké organizmy - zvieratá, rastliny, huby a dokonca aj baktérie - a na čo sú určené.
Zatiaľ čo správanie génov je ovplyvňované environmentálnymi faktormi (napr. Výživa) a dokonca aj inými génmi, zloženie vášho genetického materiálu diktuje takmer všetko o vás, viditeľné a neviditeľné, od veľkosti tela až po odpoveď na mikrobiálne útočníky , alergény a ďalšie vonkajšie látky.
Schopnosť zmeniť, modifikovať alebo skonštruovať gény špecifickým spôsobom by preto predstavovala možnosť vytvoriť dokonale prispôsobené organizmy - vrátane ľudí - pomocou daných kombinácií DNA, o ktorých je známe, že obsahujú určité gény.
Proces zmeny organizmov genotyp (voľne povedané, súčet jeho jednotlivých génov) a teda aj jeho genetická „modrá“ je známa ako genetická modifikácia, Tiež nazývaný genetické inžinierstvo, tento druh biochemického manévrovania sa v posledných desaťročiach posunul z oblasti sci-fi do reality.
Súvisiaci vývoj sa premietol do vzrušenia z hľadiska zlepšenia ľudského zdravia a kvality života a množstva tŕnistých a nevyhnutných etických otázok na rôznych frontoch.
Genetická modifikácia: definícia
Genetická modifikácia je akýkoľvek proces, pomocou ktorého sú gény manipulované, zmenené, odstránené alebo upravené, aby zosilnili, zmenili alebo upravili určitú charakteristiku organizmu. Ide o manipuláciu so znakmi na absolútnej koreňovej alebo bunkovej úrovni.
Zvážte rozdiel medzi rutinným stylingom vlasov určitým spôsobom a skutočnou schopnosťou ovládať farbu, dĺžku a celkové usporiadanie vlasov (napr. Rovné alebo kučeravé) bez použitia akýchkoľvek prípravkov na starostlivosť o vlasy, namiesto toho sa spoliehajte na poskytnutie neviditeľných súčastí tela. o tom, ako dosiahnuť a zabezpečiť požadovaný kozmetický výsledok, a získate predstavu o tom, o čom genetická modifikácia je.
Pretože všetky živé organizmy obsahujú DNA, genetické inžinierstvo sa môže vykonávať na všetkých organizmoch, od baktérií po rastliny až po ľudí.
Keď čítate toto, oblasť genetického inžinierstva sa rozvíja s novými možnosťami a postupmi v oblasti poľnohospodárstva, medicíny, výroby a ďalších oblastí.
Čo nie je genetická modifikácia
Je dôležité pochopiť rozdiel medzi doslova meniacimi sa génmi a správaním sa spôsobom, ktorý využíva existujúci gén.
Mnoho génov nefunguje nezávisle od prostredia, v ktorom rodič žije. Dietetické návyky, stres rôznych druhov (napr. Chronické choroby, ktoré môžu alebo nemusia mať svoj vlastný genetický základ) a ďalšie veci, ktoré organizmy bežne konfrontujú, môžu ovplyvniť génovú expresiu alebo úroveň, do akej sa gény používajú na výrobu proteínových produktov. pre ktoré kódujú.
Ak pochádzate z rodiny ľudí, ktorí sú geneticky naklonení byť vyšší a ťažší ako priemer, a usilujete sa o atletickú kariéru v športe, ktorý uprednostňuje silu a veľkosť, ako je basketbal alebo hokej, môžete zdvíhať závažia a jesť veľké množstvo. potravín, aby ste maximalizovali svoje šance byť čo najväčšie a najsilnejšie.
To sa však líši od schopnosti vložiť do vašej DNA nové gény, ktoré skutočne zaručujú predvídateľnú úroveň rastu svalov a kostí a nakoniec človeka so všetkými typickými znakmi športovej hviezdy.
Druhy genetickej modifikácie
Existuje mnoho druhov techník genetického inžinierstva a nie všetky z nich vyžadujú manipuláciu s genetickým materiálom pomocou sofistikovaného laboratórneho vybavenia.
V skutočnosti každý proces, ktorý zahŕňa aktívnu a systematickú manipuláciu s organizmami génový poolalebo suma génov v akejkoľvek populácii, ktorá sa reprodukuje šľachtením (t. j. pohlavne), sa považuje za genetické inžinierstvo. Niektoré z týchto procesov sú, samozrejme, na špici technológie.
Umelý výber: Umelý výber sa tiež nazýva jednoduchý výber alebo selektívne šľachtenie, výber rodičovských organizmov so známym genotypom na produkciu potomstva v množstvách, ktoré by sa nevyskytovali, ak by samotná príroda bola inžinierom, alebo minimálne by nastala iba v oveľa väčších časových mierkach.
Keď poľnohospodári alebo chovatelia psov vyberú, ktoré rastliny alebo zvieratá budú chovať, aby sa ubezpečili potomkovia s určitými vlastnosťami, ktoré ľudia z nejakého dôvodu považujú za žiaduce, praktizujú každodennú formu genetickej modifikácie.
Indukovaná mutagenéza: Toto je použitie röntgenových lúčov alebo chemikálií na vyvolanie mutácií (neplánovaných, často spontánnych zmien DNA) v špecifických génoch alebo sekvenciách DNA baktérií. Môže to viesť k objaveniu génových variantov, ktoré majú lepšiu výkonnosť (alebo v prípade potreby horšiu) ako „normálny“ gén. Tento proces môže pomôcť vytvoriť nové „línie“ organizmov.
Mutácie, hoci sú často škodlivé, sú tiež základným zdrojom genetickej variability v živote na Zemi. Výsledkom je, že ich indukcia vo veľkom počte, aj keď je isté, že vytvárajú populácie menej vhodných organizmov, tiež zvyšuje pravdepodobnosť prospešnej mutácie, ktorá sa potom môže využiť na ľudské účely pomocou ďalších techník.
Vírusové alebo plazmidové vektory: Vedci môžu zaviesť gén do fágu (vírus, ktorý infikuje baktérie alebo ich prokaryotických príbuzných, Archaea) alebo plazmidový vektor, a potom vložiť modifikovaný plazmid alebo fág do iných buniek, aby sa do týchto buniek vniesol nový gén.
Aplikácia týchto procesov zahŕňa zvýšenie rezistencie na choroby, prekonanie rezistencie na antibiotiká a zlepšenie schopnosti organizmov odolávať environmentálnym stresorom, ako sú extrémne teploty a toxíny.Alternatívne použitie takýchto vektorov môže zosilniť existujúcu charakteristiku namiesto vytvorenia novej.
Použitím technológie šľachtenia rastlín je možné rastlinám „nariadiť“ častejšie kvetenie alebo môžu byť indukované baktérie, ktoré produkujú bielkoviny alebo chemikálie, ktoré by normálne nemali.
Retrovírusové vektory: Tu sa do týchto špeciálnych druhov vírusov vložia časti DNA obsahujúce určité gény, ktoré potom transportujú genetický materiál do buniek iného organizmu. Tento materiál je začlenený do hostiteľského genómu, takže sa môže v tomto organizme exprimovať spolu so zvyškom DNA.
Zjednodušene povedané, zahŕňa to odrezávanie vlákna hostiteľskej DNA pomocou špeciálnych enzýmov, vloženie nového génu do medzery vytvorenej odrezaním a pripojenie DNA na obidvoch koncoch génu k hostiteľskej DNA.
Technológia „knock-in, knock out“: Ako už názov napovedá, tento typ technológie umožňuje úplné alebo čiastočné vymazanie určitých častí DNA alebo určitých génov („knock out“). Podobne si môžu ľudskí inžinieri, ktorí stoja za touto formou genetickej modifikácie, zvoliť, kedy a ako zapnúť („zaklopať“) novú časť DNA alebo nový gén.
Vstrekovanie génov do rodiacich sa organizmov: Vstrekovanie génov alebo vektorov, ktoré obsahujú gény do vajíčok (oocytov), môže začleniť nové gény do genómu vyvíjajúceho sa embrya, ktoré sa preto exprimujú v organizme, ktorý nakoniec vznikne.
Klonovanie génov
Klonovanie génov je príkladom použitia plazmidových vektorov. Plazmidy, ktoré sú kruhovými kúskami DNA, sa extrahujú z bakteriálnych alebo kvasinkových buniek. Na odštiepenie DNA sa používajú reštrikčné enzýmy, ktoré sú proteínmi, ktoré „štiepajú“ DNA na konkrétnych miestach pozdĺž molekuly a vytvárajú lineárny reťazec z kruhovej molekuly. Potom sa DNA pre požadovaný gén „vloží“ do plazmidu, ktorý sa zavedie do iných buniek.
Nakoniec tieto bunky začnú čítať a kódovať gén, ktorý bol umelo pridaný do plazmidu.
Súvisiaci obsah: Definícia RNA, funkcia, štruktúra
Klonovanie génov zahŕňa štyri základné kroky. V nasledujúcom príklade je vaším cieľom vyrobiť kmeň E. coli baktérie, ktoré svietia v tme. (Zvyčajne tieto baktérie túto vlastnosť nevlastnia; ak by tak urobili, miesta ako svetové kanalizačné systémy a mnoho z jej prírodných vodných tokov by nadobudli zreteľne odlišný charakter, pretože E. coli sa vyskytujú v ľudskom gastrointestinálnom trakte.)
1. Izolujte požadovanú DNA. Najprv musíte nájsť alebo vytvoriť gén, ktorý kóduje proteín s požadovanou vlastnosťou - v tomto prípade žiariaci v tme. Určité medúzy takéto proteíny vyrábajú a bol identifikovaný zodpovedný gén. Tento gén sa nazýva cieľová DNA, Zároveň musíte určiť, aký plazmid budete používať; to je vektorová DNA.
2. DNA sa štiepi reštrikčnými enzýmami. Tieto vyššie uvedené proteíny sa tiež nazývajú reštrikčné endonukleázy, sú hojné v bakteriálnom svete. V tomto kroku použijete rovnakú endonukleázu na rezanie cieľovej DNA aj vektorovej DNA.
Niektoré z týchto enzýmov sa pretínajú priamo cez obidve vlákna DNA molekuly, zatiaľ čo v iných prípadoch robia „rozložené“ rezy a nechávajú exponované malé dĺžky jednovláknovej DNA. Tieto sa nazývajú lepkavé konce.
3. Kombinujte cieľovú DNA a vektorovú DNA. Teraz ste dali dva typy DNA spolu s enzýmom, ktorý sa volá DNA ligáza, ktorý funguje ako prepracovaný druh lepidla. Tento enzým obracia činnosť endonukleáz spojením koncov molekúl dohromady. Výsledkom je a prízrakalebo prameň rekombinantná DNA.
4. Vložte rekombinantnú DNA do hostiteľskej bunky. Teraz máte gén, ktorý potrebujete, a prostriedky na jeho uzavretie tam, kam patrí. Existuje niekoľko spôsobov, ako to dosiahnuť, medzi nimi premena, v ktorej takzvané kompetentné bunky zametajú novú DNA a elektroporácie, pri ktorom sa na krátke prerušenie bunkovej membrány použije pulz elektrickej energie, ktorý umožní molekulu DNA vstúpiť do bunky.
Príklady genetickej modifikácie
Umelý výber: Chovatelia psov si môžu zvoliť rôzne vlastnosti, najmä farbu srsti. Ak daný chovateľ labradorských retrieverov zaznamená nárast dopytu po danej farbe plemena, môže systematicky chovať pre danú farbu.
Génová terapia: U niekoho s defektným génom môže byť do buniek buniek vložená kópia pracovného génu, takže požadovaný proteín môže byť vyrobený pomocou cudzej DNA.
GM plodiny: Metódy poľnohospodárstva genetickej modifikácie sa môžu použiť na vytvorenie geneticky modifikovaných plodín, ako sú rastliny rezistentné na herbicídy, plodiny, ktoré prinášajú viac ovocia v porovnaní s konvenčným šľachtením, rastliny GM, ktoré sú odolné voči chladu, plodiny so zlepšeným celkovým výnosom úrody, potraviny s vyššia nutričná hodnota a tak ďalej.
Všeobecnejšie povedané, v 21. storočí sa geneticky modifikované organizmy (GMO) rozvinuli do problematiky „horúcich tlačidiel“ na európskych a amerických trhoch kvôli obavám o bezpečnosť potravín a etiku podnikania v súvislosti s genetickou modifikáciou plodín.
Geneticky modifikované zvieratá: Jedným z príkladov geneticky modifikovaných potravín vo svete hospodárskych zvierat sú chovné kurčatá, ktoré rastú rýchlejšie a rýchlejšie a produkujú viac prsného mäsa. Postupy rekombinantnej DNA technológie, ako sú tieto, zvyšujú etické obavy z dôvodu bolesti a nepohodlia, ktoré môžu zvieratám spôsobiť.
Úprava génov: Príkladom úpravy génov alebo úpravy genómu je CRISPRalebo zoskupené pravidelne prerušované krátke palindromické opakovania, Tento proces je „požičiavaný“ od metódy používanej baktériami na obranu pred vírusmi. Zahŕňa vysoko cielenú genetickú modifikáciu rôznych častí cieľového genómu.
V CRISPR vodiaca ribonukleová kyselina (gRNA), molekula s rovnakou sekvenciou ako cieľové miesto v genóme, je v hostiteľskej bunke kombinovaná s endonukleázou nazývanou Cas9. GRNA sa bude viazať na cieľové miesto DNA a ťahať spolu s ňou Cas9. Výsledkom tejto úpravy genómu môže byť „knock out“ zlého génu (ako je napríklad variant zapríčinený rakovinou) a v niektorých prípadoch umožňuje nahradenie zlého génu požadovaným variantom.