Genetisk modifikation: Definition, typer, proces, eksempler

Et gen fra et grundlæggende biokemisk synspunkt er et segment af deoxyribonukleinsyre (DNA) inde i hver celle i en organisme, der bærer den genetiske kode til samling af et bestemt proteinprodukt. På et mere funktionelt og dynamisk niveau bestemmer gener, hvad organismer - dyr, planter, svampe og endda bakterier - er, og hvad de er bestemt til at udvikle sig til.

Mens generens opførsel påvirkes af miljøfaktorer (f.eks. , ernæring) og endda af andre gener, dikterer sammensætningen af dit genetiske materiale overvældende næsten alt om dig, synlig og uset, fra størrelsen på din krop til dit svar på mikrobielle indtrængende, allergener og andre eksterne stoffer.

Evnen til at ændre, ændre eller konstruere gener på specifikke måder vil derfor introducere muligheden for at være i stand til at skabe udsøgt skræddersyede organismer - inklusive mennesker - ved hjælp af givne kombinationer af DNA, der vides at indeholde visse gener.

Processen med ændring af en organismes genotype
(løst set summen af dens individuelle gener) og dermed dens genetiske "plan" er kendt som genetisk modifikation
. Også kaldet genteknologi
, denne form for biokemisk manøvrering er bevæget fra science fiction-området til virkelighed i de seneste årtier.

Tilknyttede udviklinger har kørt i spænding over udsigten til at forbedre menneskers sundhed og livskvalitet og en række tornede og uundgåelige etiske spørgsmål på forskellige fronter.
Genetisk modifikation: Definition

Genetisk modifikation er enhver proces, hvormed gener manipuleres, ændres, slettes eller justeres for at forstærke , ændre eller justere en bestemt egenskab ved en organisme. Det er manipulation af træk på det absolutte rod- eller cellulære niveau.

Overvej forskellen mellem rutinemæssigt at style dit hår på en bestemt måde og faktisk at kunne kontrollere dit hårs farve, længde og generelle arrangement (f.eks. lige kontra krøllet) uden at bruge nogen hårplejeprodukter, i stedet for at stole på at give usete komponenter i din kropsinstruktioner om, hvordan du kan opnå og sikre et ønsket kosmetisk resultat, og du får en fornemmelse af, hvad genetisk modificering handler om.

Fordi alle levende organismer indeholder DNA, kan genteknologi udføres på enhver organisme, fra bakterier til planter til mennesker.

Når du læser dette, spirer området genteknologi med nye muligheder og praksis inden for landbrug, medicin, fremstilling og andre områder.
Hvad genetisk modifikation ikke er.

Det er vigtigt at forstå forskellen mellem bogstaveligt skiftende gener og opføre sig i en ay der drager fordel af et eksisterende gen.

Mange gener fungerer ikke uafhængigt af det miljø, hvor forælderorganismen lever. Diætvaner, spændinger af forskellige slags (f.eks. Kroniske sygdomme, som måske eller måske ikke har et genetisk grundlag) og andre ting, organismer rutinemæssigt konfronterer, kan påvirke genekspression, eller det niveau, som generne bruges til at fremstille proteinprodukterne som de koder for.

Hvis du kommer fra en familie af mennesker, der er genetisk tilbøjelige til at være højere og tungere end gennemsnittet, og du stræber efter en atletisk karriere i en sport, der favoriserer styrke og størrelse, såsom basketball eller hockey, kan du løfte vægte og spise en robust mængde mad for at maksimere dine chancer for at være så store og stærke som muligt.

Men dette er anderledes end at være i stand til at indsætte nye gener i dit DNA, der praktisk talt garanterer en et forudsigeligt niveau af muskel- og knoglevækst og i sidste ende et menneske med alle de typiske træk for en sportsstjerne.
Typer af genetisk modifikation

Der findes mange typer genteknikker, og ikke alle af dem kræver manipulation af genet tic materiale ved hjælp af sofistikeret laboratorieudstyr.

Faktisk enhver proces, der involverer aktiv og systematisk manipulation af en organismes genpulje, eller summen af generne i enhver population, der reproducerer ved avl (dvs. seksuelt), kvalificerer sig som genteknologi. Nogle af disse processer er naturligvis i forkant med teknologien.

Kunstig selektion: Også kaldet simpelt udvælgelse eller selektiv avl, er kunstig selektion valg af forælderorganismer med en kendt genotype til at producere afkom i mængder, der ikke ville forekomme, hvis naturen alene var ingeniøren, eller som et minimum kun ville forekomme over langt større tidsskalaer.

Når landmænd eller hundeopdrættere vælger hvilke planter eller dyr de skal avle for at sikre afkom med visse egenskaber, som mennesker synes at være ønskelige af en eller anden grund, de praktiserer en daglig form for genetisk modifikation.

Fremkaldt mutagenese: Dette er brugen af røntgenstråler eller kemikalier til at inducere mutationer (ikke planlagte, ofte spontane ændringer af DNA) i specifikke gener eller DNA-sekvenser af bakterier. Det kan resultere i at man opdager genvarianter, der fungerer bedre (eller om nødvendigt værre) end det ”normale” gen. Denne proces kan hjælpe med at skabe nye "linjer" af organismer.

Mutationer, selvom de ofte er skadelige, er også den grundlæggende kilde til genetisk variation i livet på Jorden. Som et resultat øger induktionen af dem i stort antal, mens den bestemt skaber populationer af mindre egnede organismer, også sandsynligheden for en gavnlig mutation, som derefter kan udnyttes til menneskelige formål ved hjælp af yderligere teknikker.

Viral eller plasmidvektorer: Forskere kan introducere et gen i en fag (en virus, der inficerer bakterier eller deres prokaryote slægtninge, Archaea) eller en plasmidvektor og derefter placere det modificerede plasmid eller fag i andre celler for at introducere det nye gen i disse celler.

Anvendelser af disse processer inkluderer øget resistens mod sygdomme, overvinde antibiotikaresistens og forbedring af en organisms evne til at modstå miljømæssige stressfaktorer såsom ekstreme temperaturer og toksiner. Alternativt kan brugen af sådanne vektorer forstærke en eksisterende egenskab i stedet for at skabe en ny.

Ved hjælp af planteavlsteknologi kan en plante "ordnes" til at blomstre oftere, eller bakterier kan induceres til at producere et protein eller kemisk, som de normalt ikke ville gøre.

Retrovirale vektorer: Her sættes dele af DNA, der indeholder visse gener, i disse specielle slags vira, som derefter transporterer det genetiske materiale ind i cellerne i en anden organisme. Dette materiale er indarbejdet i værtsgenomet, så de kan udtrykkes sammen med resten af DNA'et i den organisme.

I almindelighed indebærer dette at snapere en streng af værts-DNA ved hjælp af specielle enzymer, indsætte den nye gen i gabet, der er skabt ved at snuppe og fastgøre DNA i begge ender af genet til værts-DNA.

"Knock in, knock out" -teknologi: Som navnet antyder, giver denne type teknologi mulighed for fuldstændig eller delvis sletning af bestemte sektioner af DNA eller visse gener ("knock out"). På lignende måde kan de menneskelige ingeniører bag denne form for genetisk modifikation vælge, hvornår og hvordan man tænder ("banker ind") et nyt afsnit af DNA eller et nyt gen.

Injektion af gener i begynnende organismer: Injektion af gener eller vektorer, der indeholder gener i æg (oocytter), kan inkorporere de nye gener i genomet til det udviklende embryo, som derfor udtrykkes i den organisme, der til sidst resulterer.
Genkloning

Genkloning
er et eksempel på brugen af plasmidvektorer. Plasmider, som er cirkulære DNA-stykker, ekstraheres fra en bakterie- eller gærcelle. Restriktionsenzymer, som er proteiner, der "skærer" DNA på bestemte steder langs molekylet, bruges til at snipse DNA'et og skabe en lineær streng fra det cirkulære molekyle. Derefter "indsættes" DNA'et for det ønskede gen i plasmidet, der indføres i andre celler.

Endelig begynder disse celler at læse og kode det gen, der kunstigt blev føjet til plasmidet.

Relateret indhold: RNA-definition, funktion, struktur

Genkloning inkluderer fire grundlæggende trin. I det følgende eksempel er dit mål at fremstille en stamme af E. coli og bakterier, der lyser i mørke. (Normalt besidder disse bakterier naturligvis ikke denne egenskab; hvis de gjorde det, ville steder som verdens kloaksystemer og mange af dens naturlige vandveje have en helt anden karakter, da E. coli
er udbredt i den humane mave-tarmkanal.)

1. Isoler det ønskede DNA. Først skal du finde eller oprette et gen, der koder for et protein med den krævede egenskab - i dette tilfælde lysende i mørke. Visse vandmænd fremstiller sådanne proteiner, og det ansvarlige gen er identificeret. Dette gen kaldes target DNA
. På samme tid skal du bestemme, hvilket plasmid du vil bruge; dette er vektor-DNA
.

2. Spalt DNA'et ved hjælp af restriktionsenzymer. Disse ovennævnte proteiner, også kaldet restriktionsendonukleaser
, er rigelige i bakterieverdenen. I dette trin bruger du den samme endonuklease til at skære både mål-DNA og vektor-DNA.

Nogle af disse enzymer skærer lige på tværs af begge strenge af DNA-molekylet, mens de i andre tilfælde laver en "forskudt" skåret, hvilket lader små længder af enkeltstrenget DNA blive eksponeret. De sidstnævnte kaldes klæbrige ender
.

3. Du sætter nu de to typer DNA sammen med et enzym kaldet DNA-ligase
, der fungerer som en detaljeret form for lim. Dette enzym vender endonukleasernes arbejde ved at sammenføje enderne af molekylerne. Resultatet er en chimera
, eller en streng af rekombinant DNA
.