Bazele modificării genetice
OMG-ul este scurt pentru "organismul modificat genetic". Modificările genetice au existat de zeci de ani și reprezintă modalitatea cea mai eficientă și rapidă de a crea o plantă sau un animal cu o trăsătură sau o caracteristică specifică. Permite modificări precise precise ale secvenței ADN. Deoarece ADN cuprinde în esență planul pentru întreg organismul, schimbările aduse ADN-ului schimbă funcțiile pe care organismul este capabil.
Nu există alt mod de a face acest lucru cu excepția utilizării tehnicilor dezvoltate în ultimii 40 de ani pentru a manipula direct ADN-ul.
Cum modificați genetic un organism? De fapt, aceasta este o întrebare destul de largă. Un organism poate fi o planta, un animal, o ciuperca sau o bacterie si toate acestea pot fi si au fost ingineria genetica timp de aproape 40 de ani. Primele organisme genetice au fost bacteriile la începutul anilor 1970 . De atunci, bacteriile modificate genetic au devenit laboratorul a sute de mii de laboratoare care efectuează modificări genetice atât pe plante, cât și pe animale. Cele mai multe modificări ale genei de bază sunt concepute și preparate folosind bacterii, în special unele variații ale E. coli , apoi transferate către organismele țintă.
Abordarea generală a modificării genetice a plantelor, a animalelor sau a microbilor este destul de similară din punct de vedere conceptual. Cu toate acestea, există unele diferențe în tehnicile specifice datorită diferențelor generale între celulele vegetale și animale.
De exemplu, celulele de plante au pereți celulari, iar celulele animale nu.
Motive pentru modificările genetice ale plantelor și animalelor
Animalele modificate genetic sunt realizate în principal în scopuri de cercetare, deseori ca sisteme biologice model utilizate pentru dezvoltarea de medicamente. Au existat câteva animale modificate genetic dezvoltate pentru alte scopuri comerciale, cum ar fi pești fluorescenți ca animale de companie și țânțari modificați genetic pentru a ajuta la combaterea bolilor care transportă țânțari.
Cu toate acestea, acestea sunt aplicații relativ limitate în afara cercetării biologice de bază. Până în prezent, nu au fost aprobate animalele modificate genetic ca sursă de hrană. În curând, totuși, acest lucru se poate schimba odată cu salmonul AquaAdvantage care se îndreaptă spre procesul de aprobare.
Cu plantele, cu toate acestea, situația este diferită. În timp ce o mulțime de plante sunt modificate pentru cercetare, obiectivul majorității modificărilor genetice ale culturilor este de a face o tulpină de plante care este benefică din punct de vedere comercial sau social. De exemplu, randamentele pot fi crescute dacă plantele sunt fabricate cu rezistență îmbunătățită la un dăunător cauzat de boală, cum ar fi Papaya Rainbow sau capacitatea de a crește într-o regiune inospitalieră, poate mai rece. Fructul care mai rămâne copt, cum ar fi Endless Summer Tomatoes, oferă mai mult timp pentru timpul de raft după recoltare pentru utilizare. De asemenea, au fost făcute și trăsături care sporesc valoarea nutrițională, cum ar fi orezul de aur proiectat să fie bogat în vitamina A sau utilitatea fructului, cum ar fi nu-brunzirea Arctic Mere.
În esență, orice caracteristică care poate fi manifestată prin adăugarea sau inhibarea unei gene specifice poate fi introdusă. Trăsături care necesită mai multe gene ar putea fi, de asemenea, gestionate, dar acest lucru necesită un proces mai complicat care nu a fost încă realizat cu culturi comerciale.
Ce este un gen?
Înainte de a explica modul în care genele noi sunt puse în organisme, este important să înțelegem ce este o genă. După cum mulți știu probabil, genele sunt făcute din ADN, care este parțial compus din patru baze cunoscute în mod obișnuit ca A, T, C, G. Ordinea liniară a acestor baze într-un rând în josul unei catene ADN a unei gene poate fi considerată drept un cod pentru o anumită proteină, la fel ca și literele dintr-o linie de text care codifică o propoziție.
Proteinele sunt molecule biologice mari formate din aminoacizi legați împreună în diferite combinații. Atunci când combinația corectă de aminoacizi este legată împreună, lanțul de aminoacizi se îndoaie împreună într-o proteină cu o formă specifică și caracteristicile chimice corecte împreună pentru a permite acesteia să efectueze o anumită funcție sau reacție. Condițiile de viață sunt alcătuite în mare parte din proteine. Unele proteine sunt enzime care catalizează reacțiile chimice; altele transportă materiale în celule și unele acționează ca întrerupătoare care activează sau dezactivează alte proteine sau cascade de proteine.
Deci, atunci când o nouă gena este introdusă, ea dă celulei secvența de cod pentru a permite acesteia să facă proteina nouă.
Cum generează celulele genele lor?
În plante și în celulele animale, aproape toată ADN-ul este comandat în mai multe lanțuri lungi înfășurate în cromozomi. Genele sunt de fapt doar mici secțiuni ale secvenței lungi de ADN care formează un cromozom. De fiecare data cand o celula replica, toate cromozomii sunt replicati mai intai. Acesta este setul central de instrucțiuni pentru celulă, iar fiecare celulă descendentă primește o copie. Deci, pentru a introduce o noua gena care permite celulei de a face o noua proteina care confera o trasatura particulara, trebuie pur si simplu sa inserati un pic de ADN intr-unul din lungimile cromozomilor. Odată inserat, ADN-ul va fi transmis la oricare dintre celulele fiice atunci când celulele replică la fel ca toate celelalte gene.
De fapt, anumite tipuri de ADN pot fi menținute în celule separate de cromozomi, iar genele pot fi introduse folosind aceste structuri astfel încât să nu se integreze în ADN-ul cromozomial. Cu toate acestea, prin această abordare, deoarece ADN-ul cromozomului celular este modificat, nu este menținut, de obicei, în toate celulele după mai multe replicări. Pentru modificarea genetică permanentă și moștenită, cum ar fi cele utilizate pentru ingineria plantelor, se utilizează modificări cromozomiale.
Cum se introduce o nouă genă?
Ingineria genetică se referă pur și simplu la introducerea unei noi secvențe de bază ADN (care corespunde de obicei unei gene întregi) în ADN-ul cromozomal al organismului. Acest lucru poate părea conceptual simplu, dar din punct de vedere tehnic, devine puțin mai complicat. Există multe detalii tehnice care implică obținerea unei secvențe corecte de ADN cu semnalele corecte în cromozom în contextul potrivit care permite celulelor să recunoască că este o genă și să o folosească pentru a face o nouă proteină.
Există patru elemente-cheie care sunt comune pentru aproape toate procedurile de inginerie genetică:
- În primul rând, aveți nevoie de o genă. Aceasta înseamnă că aveți nevoie de molecula fizică de ADN cu secvențele de bază particulare. În mod tradițional, aceste secvențe au fost obținute direct de la un organism care folosește oricare din mai multe tehnici laborioase. În prezent, în loc să extragă ADN dintr-un organism, oamenii de știință de obicei doar sintetizează substanțele chimice de bază A, T, C, G. Odată obținută, secvența poate fi inserată într-o bucată de ADN bacterian care este ca un mic cromozom (o plasmidă) și, din moment ce bacteriile replică rapid, se poate face o mare parte din gena după cum este necesar.
- Odată ce aveți gena, trebuie să o plasați într-o componentă a ADN-ului, înconjurată de secvența ADN din dreapta, pentru a permite celulei să o recunoască și să o exprime. În principiu, acest lucru înseamnă că aveți nevoie de o secvență mică de ADN numită promotor care semnalează celula pentru a exprima gena.
- În plus față de gena principală care urmează a fi inserată, adesea o a doua gena este necesară pentru a furniza un marker sau o selecție. Această a doua gena este în esență o unealtă folosită pentru a identifica celulele care conțin gena.
- În cele din urmă, este necesar să existe o metodă de livrare a noului ADN (adică promotor, gena nouă și marker de selecție) în celulele organismului. Există mai multe moduri de a face acest lucru. Pentru plante, preferatul meu este abordarea cu arma genetică care folosește o pușcă modificată de 22 pentru a trage în celule celule de tungsten sau particule de aur acoperite cu ADN.
Cu celule animale, există un număr de reactivi de transfecție care acoperă sau complexează ADN-ul și îi permit să treacă prin membranele celulare. Este, de asemenea, obișnuit ca ADN-ul să fie îmbinat împreună cu ADN-ul viral modificat care poate fi folosit ca vector de gene pentru a transporta gena în celule. ADN-ul viral modificat poate fi încapsulat cu proteine virale normale pentru a face un pseudovirus care poate infecta celulele și introduce ADN-ul care poartă gena, dar nu se replică pentru a face virus nou.
Pentru multe plante dicot, gena poate fi plasată într-o variantă modificată a transportorului T-ADN al bacteriei Agrobacterium tumefaciens. Există și alte câteva abordări. Cu toate acestea, cu cele mai multe, doar un număr mic de celule ridică selectarea genei a celulelor fabricate o parte critică a acestui proces. De aceea, de obicei, este necesară o selecție sau o genă marker.
Dar, cum faceti un mouse sau tomate inginerie genetica?
Un OMG este un organism cu milioane de celule și tehnica de mai sus descrie într-adevăr într-adevăr modul de inginerie genetică a celulelor unice. Cu toate acestea, procesul de generare a unui întreg organism implică în mod esențial utilizarea acestor tehnici de inginerie genetică asupra celulelor germinative (de exemplu, spermă și celule de ouă). Odată ce gena cheie este inserată, restul procesului utilizează practic tehnici genetice de reproducere pentru a produce plante sau animale care conțin gena nouă în toate celulele din corpul lor. Ingineria genetică este într-adevăr făcută celulelor. Biologia face restul.