Osnove genske modifikacije
GSO je kratko za "gensko spremenjeni organizem". Genetska sprememba je že desetletja in je najučinkovitejši in hiter način ustvarjanja rastline ali živali z določeno lastnostjo ali značilnostmi. Omogoča natančne specifične spremembe v sekvenci DNA. Ker DNK v bistvu vsebuje načrt za celoten organizem, spremembe DNA spremenijo funkcije, ki jih ima organizem.
Drugače ne moremo storiti, razen z uporabo tehnik, razvitih v zadnjih 40 letih, da neposredno manipulirajo z DNK.
Kako genetsko spreminjate organizem? Pravzaprav je to precej široko vprašanje. Organizem je lahko rastlina, žival, gliv ali bakterij, vsi pa so lahko genetsko inženirstvo že skoraj 40 let. Prvi genetsko modificirani organizmi so bili bakterije v začetku sedemdesetih let . Od takrat so gensko spremenjene bakterije postale delovna veriga več sto tisoč laboratorijev, ki delajo genske spremembe na obeh rastlinah in živalih. Večina osnovnih zamenjav in spreminjanja genov je zasnovana in pripravljena z uporabo bakterij, večinoma s spremembo E. coli in nato s prenosom na ciljne organizme.
Splošni pristop za genetsko spreminjanje rastlin, živali ali mikrobov je konceptualno zelo podoben. Vendar pa obstajajo nekatere razlike v specifičnih tehnikah zaradi splošnih razlik med rastlinskimi in živalskimi celicami.
Na primer, rastlinske celice imajo celične stene in živalske celice ne.
Razlogi za genske spremembe rastlin in živali
Gensko spremenjene živali se v glavnem proizvajajo v raziskovalne namene, pogosto kot modelski biološki sistemi, ki se uporabljajo za razvoj zdravil. V drugih komercialnih namenih se je razvilo nekaj gensko spremenjenih živali, kot so fluorescentne ribe kot hišne živali, in GM komarji za pomoč pri nadzoru komarjev, ki prenašajo bolezni.
Vendar so to sorazmerno omejene uporabe izven osnovnih bioloških raziskav. Do sedaj ni bilo odobrenih gensko spremenjenih živali kot vir hrane. Kmalu se lahko to spremeni z lososom AquaAdvantage, ki poteka skozi postopek odobritve.
Z rastlinami pa je situacija drugačna. Medtem ko je veliko rastlin spremenjenih za raziskave, je cilj večine gensko spremenjenih pridelkov rastlinski sev, ki je komercialno ali družbeno koristen. Na primer, pridelki se lahko povečajo, če so rastline načrtovane z izboljšano odpornostjo proti povzročitelju bolezni, kot je Rainbow Papaya, ali sposobnost rasti v negostoljubni, morda hladnejši regiji. Sadje, ki ostane zrelo dlje, kot je Endless Summer Tomatoes, zagotavlja več časa za polni čas po žetvi za uporabo. Prav tako so bile narejene tudi lastnosti, ki povečujejo hranilno vrednost, kot je zlati riž, ki je bogat z vitaminom A, ali uporabnost plodov, kot so neobarljive arktične jabolke.
V bistvu lahko uvedemo katerokoli lastnost, ki se lahko pojavi z dodajanjem ali zaviranjem določenega gena. Lahko se upravljajo tudi lastnosti, ki zahtevajo več genov, vendar pa to zahteva bolj zapleten proces, ki s komercialnimi rastlinami še ni dosežen.
Kaj je gen?
Preden razložimo, kako se novi organizmi geni v organizme, je pomembno razumeti, kaj je gen. Kot mnogi verjetno vedo, so geni narejeni iz DNA, ki je delno sestavljen iz štirih osnov, ki jih pogosto označujemo kot preprosto A, T, C, G. Linearni vrstni red teh baz v zaporedju po nizu DNA drog gena se lahko obravnava kot koda za specifičen protein, prav tako kot črke v vrstici besedilne kode za stavek.
Beljakovine so velike biološke molekule, narejene iz aminokislin, povezanih v različnih kombinacijah. Ko je prava kombinacija aminokislin povezana skupaj, se amino kislinska veriga združuje v protein s posebno obliko in prave kemične lastnosti, ki skupaj omogočajo izvajanje določene funkcije ali reakcije. Življenje je sestavljeno iz beljakovin. Nekateri proteini so encimi, ki katalizirajo kemične reakcije; drugi transportni material v celice in nekateri delujejo kot stikala, ki aktivirajo ali deaktivirajo druge beljakovine ali proteinske kaskade.
Torej, ko je uveden nov gen, daje celici zaporedje kod, ki mu omogoča, da naredi nov protein.
Kako celice organizirajo svoje gene?
V rastlinah in živalskih celicah je skoraj vsa DNA narejena v nekaj dolgih pramenih, ki se navijejo v kromosome. Geni so pravzaprav samo majhni deli dolgega zaporedja DNK, ki sestavlja kromosom. Vsakič, ko se celica replicira, se vsi kromosomi najprej razmnožujejo. To je osrednji nabor navodil za celico, vsaka potomna celica pa dobi kopijo. Torej, če želimo predstaviti nov gen, ki celici omogoča, da naredi nov protein, ki daje določeno lastnost, je treba preprosto vstaviti malo DNA v eno od dolgih kromosomskih pramenov. Ko se vstavi, se DNA prenese na katero koli hčerinsko celico, kadar se celica replicira tako kot vsi drugi geni.
Pravzaprav lahko nekatere vrste DNK vzdržujemo v celicah, ločenih od kromosomov, in z uporabo teh struktur lahko uvedemo gene, tako da se ne vključijo v kromosomsko DNA. Vendar s tem pristopom, ker se spremeni kromosomska DNA v celici, se običajno ne vzdržuje v vseh celicah po več replikacijah. Za stalne in dedne genetske modifikacije, kot so tisti postopki, ki se uporabljajo za inženiring pridelkov, se uporabljajo kromosomske spremembe.
Kako je vnesen nov gen?
Gensko inženirstvo se preprosto nanaša na vstavljanje nove DNA bazne sekvence (ki običajno ustreza celemu genu) v kromosomsko DNA organizma. To se morda zdi konceptualno preprosto, vendar tehnično postane malo bolj zapleteno. Obstaja veliko tehničnih podrobnosti, vključenih v pridobivanje prave sekvence DNA s pravimi signali v kromosom v pravem kontekstu, ki omogoča celicam, da prepoznajo, da je gen, in ga uporabiti za izdelavo novega proteina.
Obstajajo štirje ključni elementi, ki so skupni skoraj vsem postopkom genskega inženiringa:
- Prvič, potrebuješ gen. To pomeni, da potrebujete fizikalno DNA molekulo s posameznimi baznimi zaporedji. Tradicionalno so bila ta zaporedja pridobljena neposredno iz organizma z uporabo katerekoli od težjih tehnik. Danes znanstveniki običajno samo sintetizirajo iz osnovnih kemikalij A, T, C, G, namesto da izločajo DNK iz organizma. Ko dobimo, se zaporedje lahko vstavi v del bakterijske DNK, ki je kot majhen kromosom (plazmid), in ker se bakterije hitro ponovijo, lahko dosežemo toliko genov, kot je potrebno.
- Ko imate gen, ga morate postaviti v DNA sklop, obkrožen s pravim zaporedjem DNA, da omogočite celici, da jo prepozna in izrazi. V glavnem to pomeni, da potrebujete majhno sekvenco DNA, imenovano promotor, ki signalizira celico, da izrazi gen.
- Poleg glavnega gena, ki ga je treba vstaviti, je pogosto potreben drugi gen, ki omogoča označevanje ali izbor. Ta drugi geni je v bistvu orodje za identifikacijo celic, ki vsebujejo gen.
- Na koncu je treba imeti metodo za dajanje nove DNA (tj. Promotorja, novega gena in selekcijskega označevalca) v celice organizma. Obstaja več načinov za to. Za rastline je moj najljubši pristop genske pištole, ki uporablja modificirano 22 puško, da bi v celice snemal volframove ali zlate delce, obložene z DNA.
Z živalskimi celicami obstaja vrsta transfekcijskih reagentov, ki oblikujeta ali kompleksirajo DNA in omogočata prehod skozi celične membrane. Prav tako je pogosto, da se DNA spoje skupaj z modificirano virusno DNK, ki jo lahko uporabimo kot genski vektor za prenos gen v celice. Modificirana virusna DNK se lahko vkapsulira z normalnimi virusnimi beljakovinami, da naredi pseudovirus, ki lahko okuži celice in vstavi DNA, ki nosi gen, vendar ne posnema, da bi naredila nov virus.
Za mnoge rastline dicot se lahko geni doda v spremenjeno različico nosilca T-DNA bakterij Agrobacterium tumefaciens. Obstaja še nekaj drugih pristopov. Vendar z večino le majhno število celic prevzame gensko izbiro inženirskih celic kritični del tega procesa. Zato je izbirni ali markerski gen običajno potreben.
Ampak, kako naredite gensko spremenjeno miško ali paradižnik?
GSO je organizem z milijoni celic in zgoraj navedena tehnika le resnično opisuje, kako genetsko inženirja posameznih celic. Vendar postopek za generiranje celega organizma v bistvu vključuje uporabo teh genskih tehnik na zarodnih celicah (npr. Sperme in jajčne celice). Ko je ključni gen vstavljen, preostanek postopka v osnovi uporablja genetske tehnike vzreje za proizvodnjo rastlin ali živali, ki vsebujejo nov gen v vseh celicah v telesu. Genetski inženiring je resnično storjen le v celicah. Biologija počne.