Što su GMO i kako su napravljeni?

Što je GMO?

GMO je kratak za "genetski modificirani organizam". Genetski modifikacija već desetljećima traje i najučinkovitiji je i brži način stvaranja biljke ili životinje s određenom osobinom ili svojstvom. Omogućuje precizne specifične promjene DNA slijeda. Budući da DNK u osnovi sadrži nacrt cijelog organizma, promjene u DNA mijenjaju funkcije koje organizam može. Ne postoji drugi način da to učinite, osim pomoću tehnika razvijenih tijekom posljednjih 40 godina da izravno manipuliraju DNK.

Kako genetski modificirate organizam? Zapravo, ovo je prilično široko pitanje. Organizam može biti biljka, životinja, gljiva ili bakterija, a sve to može biti genetski modificirano gotovo 40 godina. Prvi genetski modificirani organizmi bili su bakterije početkom 1970-ih. Od tada, genetski modificirane bakterije postale su radni stotine stotina tisuća laboratorija koji rade genetske modifikacije na biljkama i životinjama. Većina osnovnih promjena gena i modifikacija oblikovana je i pripremljena koristeći bakterije, uglavnom neke varijacije E. coli, a potom ih prenose na ciljane organizme.

Opći pristup genetski mijenjanju biljaka, životinja ili mikroba konceptualno je sličan. Međutim, postoje razlike u specifičnim tehnikama zbog općih razlika između biljnih i životinjskih stanica. Na primjer, biljne stanice imaju stanične zidove i životinjske stanice ne.

Razlozi za genetski modificiranje biljaka i životinja

GM životinje su prvenstveno napravljene u svrhu istraživanja, često kao model bioloških sustava koji se koriste za razvoj lijekova. Postoje neke GM životinje razvijene u druge komercijalne svrhe, kao što su fluorescentna riba kao kućni ljubimci, i GM komarci koji pomažu u kontroli komaraca koji nose bolesti. Međutim, to su relativno ograničene primjene izvan osnovnih bioloških istraživanja. Do sada, GM životinje nisu odobrene kao izvor hrane. Uskoro, međutim, to se može promijeniti s AquaAdvantage Salmonom koji se kreće kroz postupak odobravanja.

S biljkama, međutim, situacija je drugačija. Dok se mnoge biljke mijenjaju za istraživanje, cilj većine genetskih modifikacija usjeva jest stvaranje sojeva biljke koja je komercijalno ili društveno korisna. Na primjer, prinosi se mogu povećati ako su biljke projektirane s poboljšanom otpornosti na štetnike uzrokovane oboljenjem poput Rainbow Papaya ili sposobnosti da rastu u neuračunljivoj, možda hladnijoj regiji. Voće koje ostaje zrelo dulje, kao što je beskrajna ljetna rajčica, daje više vremena za rok uporabe nakon žetve.

Također, napravljene su i osobine koje povećavaju nutritivnu vrijednost, kao što su zlatna riža dizajnirana da budu bogata vitaminom A ili korisnost plodova, kao što su ne-smeđe Arctic Apple.

U osnovi, može se uvesti bilo kakvo obilježje koje se može manifestirati dodavanjem ili inhibicijom određenog gena. Također se može upravljati svojstvima koja zahtijevaju više gena, ali to zahtijeva složeniji proces koji još nije postignut komercijalnim usjevima.

Što je gen?

Prije objašnjavanja kako se novi geni stavljaju u organizme, važno je razumjeti što je gen. Kao što mnogi vjerojatno znaju, geni su napravljeni od DNK, koji se djelomično sastoji od četiri baze obično zabilježene kao jednostavno A, T, C, G. Linearni redoslijed ovih baza u nizu dolje DNA lanac gena može se smatrati kod za određeni protein, baš kao i slova u retku tekstnog koda za rečenicu.

Proteini su velike biološke molekule napravljene od aminokiselina povezanih zajedno u raznim kombinacijama. Kada se pravilna kombinacija aminokiselina međusobno povezuje, aminokiselinski lanac skuplja se zajedno u protein s određenim oblikom i pravim kemijskim značajkama kako bi se omogućilo da obavlja određenu funkciju ili reakciju. Dnevni se sastoji uglavnom od proteina. Neki proteini su enzimi koji kataliziraju kemijske reakcije; drugi prenose materijal u stanice, a neki djeluju kao prekidači koji aktiviraju ili deaktiviraju druge proteine ​​ili kaskade proteina.

Dakle, kada se uvede novi gen, ona daje stanici kodirajuću sekvencu kako bi se omogućilo da se novi protein.

Kako stanice organiziraju svoje gene?

U biljkama i životinjskim stanicama, gotovo se cijela DNK naređuje u nekoliko dugih uzoraka koji su zalijepljeni u kromosome. Geni su zapravo samo mali dijelovi dugog niza DNA koji čine kromosom. Svaki put kada se stanice repliciraju, svi se kromosomi prvo repliciraju. Ovo je središnji skup uputa za ćeliju, a svaka ćelija potomka dobiva kopiju. Dakle, za uvođenje novog gena koji omogućuje da stanica stvara novi protein koji daje određenu osobinu, jednostavno treba umetnuti malo DNA u jedan od dugih kromosoma.

Jednom umetnuta, DNA će biti prenesena na bilo koje stanice kćeri kada se stanice repliciraju baš kao i svi ostali geni.

U stvari, određene vrste DNA mogu se održavati u stanicama odvojenima od kromosoma, a geni se mogu uvesti upotrebom ovih struktura pa se ne integriraju u kromosomsku DNA. Međutim, s tim pristupom, budući da se kromosomska DNA stanica mijenja, obično se ne održava u svim stanicama nakon nekoliko replikacija. Za trajnu i nasljednu genetsku modifikaciju, kao što su oni procesi koji se koriste za inženjere usjeva, koriste se kromosomske modifikacije.

Kako je umetnut novi gen?

Genetski inženjering jednostavno se odnosi na umetanje nove DNA bazne sekvence (obično odgovara cijelom genu) u kromosomsku DNA organizma.To se može činiti konceptualno izravnim, ali tehnički, postaje malo komplicirano. Postoji mnogo tehničkih detalja uključenih u dobivanje ispravne DNA sekvence s pravim signalom u kromosom u pravom kontekstu koji omogućuje stanicama da prepoznaju je gen i koristiti ga za stvaranje novog proteina.

Postoje četiri ključna elementa koji su zajednički gotovo svim postupcima genetskog inženjeringa:

1. Prvo, potreban vam je gen. To znači da trebate fizičku molekulu DNA s određenim sekvencama baze. Tradicionalno, ove sekvence su dobivene izravno iz organizma koristeći bilo koji od nekoliko napornih tehnika. Danas, umjesto izlučivanja DNA iz organizma, znanstvenici obično sintetiziraju samo iz osnovnih kemikalija A, T, C, G. Kad se dobije, sekvenca se može umetnuti u komad bakterijske DNA koja je poput malog kromosoma (plazmida) i, budući da se bakterije brzo repliciraju, može se napraviti što veći dio gena.
2. Nakon što dobijete gen, morate ga staviti u DNA lanac okružen pravom DNA okruženju kako bi se stanica prepoznala i izrazila. U principu to znači da vam je potrebna mala sekvenca DNA koja se zove promotor koji signalizira stanicu da eksprimira gen.
3. Uz glavni gen koji treba umetnuti, često je potreban drugi gen kako bi se dobio marker ili selekcija. Ovaj drugi gen je u suštini alat koji se koristi za identifikaciju stanica koje sadrže gen.
4. Konačno, potrebno je imati metodu isporuke nove DNA (tj. Promotora, novog gena i markera selekcije) u stanice organizma. Postoji nekoliko načina za to. Za biljke, moj omiljeni je pristup genetskom pištolju koji koristi modificiranu pušku 22 za pucanje DNA-obloženih volframova ili zlatnih čestica u stanice.

Kod životinjskih stanica, postoji niz reagensa za transfekciju koji prekrivaju ili kompleksiziraju DNA i omogućuju prolaz kroz stanične membrane. Također je uobičajeno da se DNK spoji zajedno s modificiranom virusnom DNA, što se može upotrijebiti kao vektor gena za prijenos gena u stanice. Modificirana virusna DNA može biti kapsulirana s normalnim virusnim proteinima kako bi se stvorio pseudovirus koji može zaraziti stanice i umetnuti DNA koja nosi gen, ali ne i replicirati kako bi stvorio novi virus.

Za mnoge biljke dviju biljaka, gen se može staviti u modificiranu varijantu T-DNA nosača bakterija Agrobacterium tumefaciens. Postoji još nekoliko pristupa. Međutim, kod većine, samo mali broj stanica preuzima gene koji čine izbor selektivnih stanica kritičnim dijelom ovog procesa. Zato je obično potreban selekcijski marker ili markerski gen.

Ali, kako napraviti genetski inženjer miša ili rajčice?

GMO je organizam s milijunima stanica, a gore opisana tehnika samo opisuje kako genetski inženjerirati pojedine stanice. Međutim, proces generiranja cijelog organizma bitno uključuje upotrebu tih tehnika genetičkog inženjerstva na zametnim stanicama (tj. Spermi i jajne stanice). Jednom kada se ključni gen umetne, ostatak postupka u osnovi koristi genetske tehnike uzgoja za proizvodnju biljaka ili životinja koje sadrže novi gen u svim stanicama u njihovom tijelu. Genetsko inženjerstvo je stvarno samo za stanice.

Biologija radi ostalo.