Основи на генетската модификација
ГМО е краток за "генетски модифициран организам". Генетската модификација е со децении и е најефикасен и брз начин да се создаде растение или животно со специфична особина или карактеристика. Таа овозможува прецизни специфични промени во секвенцата ДНК. Бидејќи ДНК суштински го содржи планот за целиот организам, промените во ДНК ги менуваат функциите на кои е способен организам.
Навистина нема друг начин да се направи ова, освен со користење на техники развиени во последните 40 години за директно манипулирање со ДНК.
Како генетички го менувате организмот? Всушност, ова е доста широко прашање. Еден организам може да биде растение, животно, габа или бактерии и сите овие можат да бидат, и биле генетски конструирани речиси 40 години. Првите генетски конструирани организми биле бактерии во раните 1970-ти . Оттогаш, генетски модифицираните бактерии станаа работна група на стотици илјади лаборатории кои извршуваат генетски модификации на растенија и животни. Повеќето од основните пречки и модификациите на гените се дизајнирани и подготвени со употреба на бактерии, главно некои варијации на E. coli , а потоа префрлени на целните организми.
Општ пристап за генетски менување на растенијата, животните или микробите е концептуално прилично сличен. Сепак, постојат одредени разлики во специфичните техники поради општите разлики помеѓу растителни и животински клетки.
На пример, растителните клетки имаат клеточни ѕидови и животните клетки не.
Причини за генетички модификации на растенија и животни
ГМ животни првенствено се направени за истражувачки цели, често како модел биолошки системи кои се користат за развој на лекови. Имало некои ГМ животни развиени за други комерцијални цели, како што се флуоресцентни риби како миленичиња, и ГМ комарци за да помогнат во контролата на комарци кои носат болести.
Сепак, ова се релативно ограничени апликации надвор од основните биолошки истражувања. Досега, ниту еден ГМ животни не биле одобрени како извор на храна. Наскоро, сепак, тоа може да се промени со лососот AquaAdvantage кој се пробива низ процесот на одобрување.
Меѓутоа, со растенијата ситуацијата е поинаква. Додека голем број растенија се модифицирани за истражување, целта на повеќето генетски модификации на култури е да се направи растение вирус кој е комерцијално или социјално корисен. На пример, приносите може да се зголемат ако растенијата се конструирани со подобрена отпорност на штетници кои предизвикуваат болест како Папаја на Виножито, или способност да расте во непријатни, можеби постудени региони. Овошје кое останува подолго, како што се бескрајни летни домати, обезбедува повеќе време за полирање по жетвата за употреба. Исто така, направени се и особини кои ја подобруваат хранливата вредност, како што се Златниот Рајс, дизајниран да биде богат со витамин А, или корисноста на овошјето, како што се не-кафените Арктички јаболка.
Во суштина, секоја особина која може да се манифестира со додавање или инхибиција на специфичен ген, може да се воведе. Потребно е да се управуваат и особини кои бараат повеќе гени, но ова бара посложени процеси кои сè уште не се постигнати со комерцијалните култури.
Што е ген?
Пред објаснување на тоа како нови гени се ставаат во организми, важно е да се разбере што е ген. Како што многумина веројатно знаат, гените се направени од ДНК, која делумно е составена од четири бази кои најчесто се означени како едноставни A, T, C, G. Линеарниот редослед на овие бази во низа од ДНК жица на еден ген може да се смета како код за специфичен протеин, исто како и букви во линија на текстуален код за реченица.
Протеините се големи биолошки молекули направени од амино киселини поврзани заедно во различни комбинации. Кога правилната комбинација на амино киселини е поврзана заедно, аминокиселинскиот ланец се збира заедно во протеинот со специфичен облик и соодветните хемиски карактеристики заедно за да може да изврши одредена функција или реакција. Живите нешта се составени главно од протеини. Некои протеини се ензими кои ги катализираат хемиските реакции; други транспортни материјали во клетките, а дел делуваат како прекинувачи кои активираат или деактивираат други протеини или протеински каскади.
Значи, кога се воведува нов ген, на клетката им се дава низа на кодови за да може да се направи нов протеин.
Како клетките ги организираат своите гени?
Во растенијата и животинските клетки, скоро сите ДНК се нарачани во неколку долги навлезени линии во хромозоми. Гените се всушност само мали делови од долгите секвенци на ДНК што сочинуваат хромозом. Секој пат кога клетката се реплицира, сите хромозоми прво се повторуваат. Ова е централниот сет на инструкции за клетката, и секоја потомска ќелија добива копија. Значи, за да се воведе нов ген кој му овозможува на клетката да создаде нов протеин кој дава одредена особина, едноставно треба да внесе малку ДНК во една од долгите хромозомски нишки. Откако ќе се вметне, ДНК ќе биде предаден на било која клетка на ќерка, кога ќелијата ќе се реплицира исто како и сите други гени.
Всушност, одредени видови на ДНК може да се одржуваат во клетки одделени од хромозомите и гените може да се воведат со користење на овие структури, па затоа тие не се интегрираат во хромозомната ДНК. Сепак, со овој пристап, бидејќи клеточната хромозомска ДНК е променета, обично не се одржува во сите клетки по неколку репликации. За трајна и наследна генетска модификација, како што се оние процеси кои се користат за инженерство на култури, се користат хромозомски модификации.
Како е внесен нов ген?
Генетскиот инженеринг едноставно се однесува на внесување на нова секвенца на ДНК (обично одговара на целиот ген) во хромозомната ДНК на организмот. Ова може да изгледа концептуално јасно, но технички, станува малку посложено. Постојат многу технички детали кои се вклучени во добивање на вистинската ДНК секвенца со вистински сигнали во хромозомот во вистинскиот контекст кој им овозможува на клетките да препознаат дека е ген и го користат за да направат нов протеин.
Постојат четири клучни елементи кои се заеднички за речиси сите постапки за генетски инженеринг:
- Прво, потребен ви е ген. Ова значи дека ви е потребна физичка ДНК молекула со конкретни основни секвенци. Традиционално, овие секвенци биле добиени директно од организмот користејќи било која од неколку макотрпни техники. Денес, наместо екстракција на ДНК од организмот, научниците обично едноставно синтетизираат од основните хемикалии А, Т, Ц, Г. Откако ќе се добие, секвенцата може да се вметне во парче бактериска ДНК која е како мал хромозом (плазмид) и, бидејќи бактериите се реплицираат брзо, колку што може да се направи поголем дел од генот.
- Откако ќе го имате генот, треба да го поставите во ДНК жица опкружена со соодветната ДНК секвенца што ја опкружува за да овозможи клетката да ја препознае и да го изрази. Главно, ова значи дека ви е потребна мала ДНК секвенца наречена промотор што сигнализира клетка да го изрази ген.
- Покрај главниот ген што треба да се вметне, често е потребен втор ген за да се обезбеди маркер или селекција. Овој втор ген е во основа алатка која се користи за идентификација на клетките кои го содржат генот.
- Конечно, неопходно е да се има метод за доставување на нова ДНК (т.е. промотор, нов ген и селективен маркер) во клетките на организмот. Постојат голем број на начини да го направите ова. За растенијата, мојот омилен е пристапот на генски пиштоли кој користи модифицирана 22 пушка за снимање на волфрам или златни честички обложени со ДНК во клетките.
Со животински клетки, постојат голем број на реагенси за трансфекција кои ја прекриваат или ја комплексуваат ДНК и овозможуваат да помине низ клеточните мембрани. Исто така, вообичаено е ДНК да се спои заедно со модифицираната вирусна ДНК, која што може да се користи како генетски вектор за носење на ген во клетките. Модифицираната вирусна ДНК може да биде инкапсулирана со нормални вирусни протеини за да се направи псеудовирус кој може да инфицира клетки и да ја вметне ДНК која го носи генот, но не да се реплицира за да направат нов вирус.
За многу растенија на дикоти, генот може да се става во модифицирана варијанта на носачот на Т-ДНК на бактериите на Agrobacterium tumefaciens. Постојат и неколку други пристапи. Сепак, со повеќето, само мал број на клетки го земаат генскиот избор на интелигентните клетки како критичен дел од овој процес. Ова е причината зошто генот за селекција или маркер е типично неопходен.
Но, како да направите генетски конструиран глушец или домат?
ГМО е организмот со милиони клетки, а техниката погоре само навистина опишува како генетски инженеринг единечни клетки. Сепак, процесот за генерирање на цел организам во суштина вклучува користење на овие техники на генетски инженеринг на клетките на зародишките клетки (т.е. сперматозоиди и јајце клетки). Откако ќе се вметне клучниот ген, остатокот од процесот во основа ги користи генетските техники на размножување за производство на растенија или животни кои го содржат новиот ген во сите клетки во нивното тело. Генетскиот инженеринг е навистина направено само за клетките. Биологијата ги прави останатите.