Зміст
- Генетична модифікація: визначення
- Що таке генетична модифікація
- Види генетичної модифікації
- Клонування гена
- Приклади генетичної модифікації
А ген, з базової біохімічної точки зору, - це сегмент дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) всередині кожної клітини організму, який несе генетичний код для збирання певного білкового продукту. На більш функціональному та динамічному рівні гени визначають, які організми - тварини, рослини, грибки і навіть бактерії - і в що їм судилося розвиватися.
Хоча на поведінку генів впливають фактори навколишнього середовища (наприклад, харчування) і навіть інші гени, склад вашого генетичного матеріалу в значній мірі диктує майже все про вас, видиме та невидиме, від розмірів вашого тіла до вашої реакції на мікробних загарбників. , алергени та інші зовнішні агенти.
Здатність змінювати, модифікувати та інженірувати гени конкретними способами, отже, вводила б можливість створювати вишукано підібрані організми, включаючи людину, використовуючи задані комбінації ДНК, які, як відомо, містять певні гени.
Процес зміни організмів генотип (слабко кажучи, сума його окремих генів) і, отже, його генетична «синя» відома як генетична модифікація. Також називається генна інженерія, цей вид біохімічного маневрування перемістився з царини наукової фантастики в реальність в останні десятиліття.
Асоційовані розробки пов'язані з хвилюванням з точки зору поліпшення здоров'я людини та якості життя, а також безлічі тернистих та неминучих етичних питань на різних фронтах.
Генетична модифікація: визначення
Генетична модифікація - це будь-який процес, за допомогою якого генами маніпулюють, змінюють, видаляють або коригують з метою ампліфікації, зміни або коригування певної характеристики організму. Це маніпулювання ознаками на абсолютному кореневому - або клітинному рівні.
Розгляньте різницю між рутинним укладанням волосся певним чином і власне можливістю контролювати свій колір волосся, довжину та загальне розташування (наприклад, прямо навряд чи кучеряве) без використання засобів для догляду за волоссям, натомість покладаючись на надання невидимих компонентів інструкцій вашого тіла. що стосується того, як досягти та забезпечити бажаний косметичний результат, і ви отримаєте розуміння того, про що йдеться в генетичній модифікації.
Оскільки всі живі організми містять ДНК, генна інженерія може бути виконана на будь-яких організмах, від бактерій до рослин до людини.
Коли ви читаєте це, область генної інженерії зароджується новими можливостями та практикою в галузі сільського господарства, медицини, виробництва та інших галузей.
Що таке генетична модифікація
Важливо зрозуміти різницю між буквально мінливими генами та поведінкою у спосіб, який використовує переваги існуючого гена.
Багато генів не функціонують незалежно від середовища, в якому живе материнський організм. Харчові звички, стреси різних видів (наприклад, хронічні захворювання, які можуть мати або не можуть мати власну генетичну основу) та інші речі, з якими організми регулярно стикаються, можуть впливати на експресію генів або рівень, до якого гени використовуються для виготовлення білкових продуктів для яких вони кодують.
Якщо ви родом з родини людей, які генетично схильні бути вищими та важчішими за середній рівень, і ви прагнете до спортивної кар'єри у спорті, який надає перевагу силі та розміру, наприклад, баскетбол чи хокей, ви можете підняти вагу та з'їсти надійну кількість їжі, щоб збільшити ваші шанси бути максимально великими і сильними.
Але це відрізняється від того, що ви зможете вставити у вашу ДНК нові гени, які практично гарантують передбачуваний рівень росту м’язів та кісток і, зрештою, людини з усіма типовими рисами спортивної зірки.
Види генетичної модифікації
Існує багато видів методів генної інженерії, і не всі вони потребують маніпулювання генетичним матеріалом за допомогою складного лабораторного обладнання.
Фактично, будь-який процес, який передбачає активне і систематичне маніпулювання організмами генофондабо сума генів будь-якої популяції, яка розмножується шляхом розведення (тобто статевим шляхом), кваліфікується як генна інженерія. Деякі з цих процесів, звичайно, справді передові технології.
Штучний відбір: Також називається простим відбором або селективним розведенням, штучним відбором є вибір материнських організмів із відомим генотипом для отримання потомства в кількостях, які не відбудуться, якби тільки природа була інженером, або, як мінімум, відбувалась би лише за набагато більші часові масштаби.
Коли фермери чи собаківники вибирають, які рослини чи тварини розводити, щоб запевнити потомство з певними характеристиками, люди чомусь вважають бажаними, вони практикують щоденну форму генетичної модифікації.
Індукований мутагенез: Це використання рентгенівських променів або хімічних речовин для індукції мутацій (незапланованих, часто спонтанних змін ДНК) у конкретних генах або послідовностях ДНК бактерій. Це може призвести до виявлення варіантів генів, які працюють краще (або, якщо потрібно, гірше), ніж "нормальний" ген. Цей процес може допомогти створити нові "лінії" організмів.
Мутації, хоча й часто шкідливі, також є основним джерелом генетичної мінливості життя на Землі. Як результат, їх стимулювання у великій кількості, хоча певне створює популяції менш придатних організмів, також збільшує ймовірність сприятливої мутації, яку потім можна використовувати в людських цілях за допомогою додаткових методик.
Вірусні або плазмідні вектори: Вчені можуть ввести ген у фаг (вірус, який заражає бактерії або їх родичів прокаріотиків, археї) або плазмідний вектор, а потім помістити модифіковану плазміду або фаг в інші клітини, щоб ввести новий ген в ці клітини.
Застосування цих процесів включає підвищення стійкості до хвороб, подолання стійкості до антибіотиків та поліпшення здатності організмів протистояти екологічним стресорам, таким як температурні крайності та токсини.Крім того, використання таких векторів може посилити існуючу характеристику замість створення нової.
Використовуючи технологію розведення рослин, рослину можна «наказати» квітнути частіше, або бактерії можуть викликати вироблення білка або хімічних речовин, які вони зазвичай не роблять.
Ретровірусні вектори: Тут порції ДНК, що містять певні гени, поміщаються в ці особливі види вірусів, які потім транспортують генетичний матеріал у клітини іншого організму. Цей матеріал включений у геном господаря, щоб їх можна було експресувати разом із рештою ДНК у цьому організмі.
Простіше кажучи, це передбачає відколування ланцюга ДНК-господаря за допомогою спеціальних ферментів, вставлення нового гена в проміжок, створений за допомогою снайпера та приєднання ДНК на обох кінцях гена до ДНК-господаря.
Технологія "стукнути, вибити": Як випливає з назви, цей тип технології дозволяє повне або часткове видалення певних ділянок ДНК або певних генів ("вибивати"). У відповідності з подібними напрямками, інженери людини, що стоять за цією формою генетичної модифікації, можуть вибирати, коли і як увімкнути («забити») новий розділ ДНК або новий ген.
Ін'єкція генів у організми, що народжуються: Ін'єкція генів або векторів, які містять гени, в яйця (яйцеклітини) можуть включати нові гени в геном ембріона, що розвивається, і тому вони експресуються в організмі, що в результаті призводить до результату.
Клонування гена
Клонування генів є прикладом використання плазмідних векторів. Плазміди, які є круговими шматочками ДНК, витягуються з клітини бактерій або дріжджів. Рестрикційні ферменти, що є білками, які "розрізають" ДНК у конкретних місцях уздовж молекули, використовуються для обрізання ДНК, створюючи лінійну ланцюг з кругової молекули. Потім ДНК для потрібного гена "вставляється" в плазміду, яка вводиться в інші клітини.
Нарешті, ці клітини починають читати та кодувати ген, який був штучно доданий до плазміди.
Суміжний зміст: Визначення РНК, функція, структура
Клонування генів включає чотири основні етапи. У наступному прикладі ваша мета - створити штам Кишкова паличка бактерії, які світяться в темряві. (Зазвичай, звичайно, ці бактерії не володіють цією властивістю; якби вони були, місця, такі як світові каналізаційні системи та багато природних водних шляхів, набули б виразно іншого характеру, Кишкова паличка є поширеними в шлунково-кишковому тракті людини.)
1. Виділіть потрібну ДНК. Спочатку потрібно знайти або створити ген, який кодує білок з необхідною властивістю - в цьому випадку світиться в темряві. Деякі медузи виготовляють такі білки, і відповідальний ген був визначений. Цей ген прийнято називати цільова ДНК. Одночасно потрібно визначити, яку плазміду ви будете використовувати; це вектор ДНК.
2. Розщеплюють ДНК, використовуючи рестрикційні ферменти. Ці вищезгадані білки, які також називають рестрикційні ендонуклеази, багаті в світі бактерій. На цьому етапі ви використовуєте ту саму ендонуклеазу, щоб вирізати як цільову ДНК, так і векторну ДНК.
Деякі з цих ферментів розрізають прямо по обидві нитки молекули ДНК, в той час як в інших випадках вони роблять «ступінчастий» зріз, залишаючи невеликі довжини одноланцюжкової ДНК. Останні називаються липкі кінці.
3. Об'єднайте цільову ДНК та векторну ДНК. Тепер ви складаєте два типи ДНК разом з ферментом, який називається ДНК-лігаза, який функціонує як складний вид клею. Цей фермент повертає роботу ендонуклеаз, з'єднуючи кінці молекул разом. Результат - а химераабо пасмо рекомбінантна ДНК.
4. Ввести рекомбінантну ДНК у клітину-хазяїна. Тепер у вас є ген, який вам потрібен, і засіб його переправити туди, куди він належить. Є кілька способів зробити це, серед них перетворення, в якій так звані компетентні клітини змітають нову ДНК, і електропорація, в якому імпульс електрики використовується для короткого руйнування клітинної мембрани, щоб молекула ДНК могла потрапити в клітину.
Приклади генетичної модифікації
Штучний відбір: Собаківці можуть вибирати різні ознаки, особливо колір шерсті. Якщо даний заводчик лабрадорних ретриверів бачить зростання попиту на дане забарвлення породи, він може систематично розводити відповідний колір.
Генна терапія: У когось із дефектним геном копію робочого гена можна ввести в клітини цих осіб, щоб необхідний білок можна було виготовити за допомогою чужорідної ДНК.
ГМ-культури: Методи землеробства генетичної модифікації можуть бути використані для створення генетично модифікованих (ГМ) культур, таких як стійкі до гербіцидів рослини, культури, які дають більше плодів порівняно із звичайною селекцією, рослини ГМ, стійкі до холоду, культури з покращеним загальним урожаєм, продукти харчування з більш висока харчова цінність тощо.
Більш широко, у 21 столітті генетично модифіковані організми (ГМО) перетворилися на гарячу кнопку на європейських та американських ринках завдяки безпеці харчових продуктів та діловій етиці щодо генетичної модифікації сільськогосподарських культур.
Генетично модифіковані тварини: Одним із прикладів ГМ-продуктів у світі тваринництва є розведення курей, які вирощують більше і швидше, щоб виробляти більше грудного м’яса. Такі практики рекомбінантних технологій ДНК викликають етичні проблеми через біль і дискомфорт, які він може завдати тваринам.
Редагування генів: Прикладом редагування генів чи редагування генома є CRISPR, або кластеризовані регулярно перемежовані короткі паліндромні повтори. Цей процес "запозичений" з методу, який використовують бактерії для захисту від вірусів. Він передбачає сильно орієнтовану генетичну модифікацію різних ділянок генома-мішені.
У CRISPR, керівна рибонуклеїнова кислота (гРНК), молекула з тією ж послідовністю, що і цільовий сайт в геномі, об'єднується в клітині-хазяїні з ендонуклеазою під назвою Cas9. ГРНК буде зв'язуватися з цільовим сайтом ДНК, перетягуючи Cas9 разом із собою. Таке редагування геному може призвести до «вибивання» поганого гена (наприклад, варіанту, спричиненого причиною раку), а в деяких випадках дозволяє поганий ген замінити бажаним варіантом.