Содержание
- Генетическая модификация: определение
- Чем не является генетическая модификация
- Типы генетической модификации
- Клонирование гена
- Примеры генетической модификации
генс базовой биохимической точки зрения, это сегмент дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) внутри каждой клетки организма, который несет генетический код для сборки конкретного белкового продукта. На более функциональном и динамическом уровне гены определяют, что такое организмы - животные, растения, грибки и даже бактерии - и для чего они предназначены для развития.
В то время как на поведение генов влияют факторы окружающей среды (например, питание) и даже другие гены, состав вашего генетического материала в подавляющем большинстве диктует почти все, что вы видите, видимое и невидимое, от размера вашего тела до вашей реакции на микробных захватчиков. , аллергены и другие внешние агенты.
Таким образом, возможность изменять, модифицировать или конструировать гены особым образом предоставит возможность создания организмов с изысканной индивидуальностью, включая людей, с использованием определенных комбинаций ДНК, которые, как известно, содержат определенные гены.
Процесс изменения организмов генотип (грубо говоря, сумма его отдельных генов) и, следовательно, его генетический «синий» известен как генетическая модификация, Также называемый генная инженерияэтот вид биохимического маневрирования в последние десятилетия перешел из области научной фантастики в реальность.
Связанные с этим события повлияли как на волнение перспективы улучшения здоровья человека и качества жизни, так и на множество острых и неизбежных этических проблем на различных фронтах.
Генетическая модификация: определение
Генетическая модификация любой процесс, посредством которого гены манипулируют, изменяются, удаляются или корректируются с целью усиления, изменения или корректировки определенной характеристики организма. Это манипулирование чертами на абсолютном корне - или клеточном уровне.
Подумайте о разнице между обычной укладкой ваших волос определенным образом и фактической способностью контролировать цвет, длину и общее расположение ваших волос (например, прямые и вьющиеся) без использования каких-либо средств по уходу за волосами, вместо этого полагаясь на предоставление невидимых компонентов инструкций для вашего тела о том, как добиться и обеспечить желаемый косметический результат, и вы получите представление о том, что такое генетическая модификация.
Поскольку все живые организмы содержат ДНК, генная инженерия может быть применена к любым организмам, от бактерий до растений и людей.
Когда вы читаете это, область генной инженерии разрастается с новыми возможностями и практиками в областях сельского хозяйства, медицины, производства и других областях.
Чем не является генетическая модификация
Важно понимать разницу между буквально меняющимися генами и поведением, которое использует преимущества существующего гена.
Многие гены не работают независимо от среды, в которой живет родительский организм. Пищевые привычки, стрессы различных видов (например, хронические заболевания, которые могут иметь или не иметь свою генетическую основу) и другие вещи, с которыми регулярно сталкиваются организмы, могут влиять на экспрессию генов или уровень, на котором гены используются для производства белковых продуктов для которого они кодируют.
Если вы родом из семьи людей, которые генетически склонны быть выше и тяжелее среднего, и вы стремитесь к спортивной карьере в спорте, который предпочитает силу и размер, такие как баскетбол или хоккей, вы можете поднимать тяжести и есть здоровую сумму. пищи, чтобы максимизировать ваши шансы быть как можно большим и сильным.
Но это отличается от возможности вставлять в вашу ДНК новые гены, которые фактически гарантируют предсказуемый уровень роста мышц и костей и, в конечном счете, человека со всеми типичными чертами спортивной звезды.
Типы генетической модификации
Существует много типов методов генной инженерии, и не все из них требуют манипулирования генетическим материалом с использованием сложного лабораторного оборудования.
На самом деле, любой процесс, который включает в себя активные и систематические манипуляции с организмами Генофондили сумма генов в любой популяции, которая размножается путем размножения (т.е. половым путем), квалифицируется как генная инженерия. Конечно, некоторые из этих процессов действительно находятся на переднем крае технологий.
Искусственный отбор: Также называемый простым отбором или селекцией, искусственный отбор - это выбор родительских организмов с известным генотипом для производства потомства в количествах, которые не произошли бы, если бы только природа была инженером, или, как минимум, произошла бы только в гораздо более широких временных масштабах.
Когда фермеры или собаководы выбирают, какие растения или животных следует размножать, чтобы обеспечить потомство с определенными характеристиками, которые люди почему-то считают желательными, они практикуют повседневную форму генетической модификации.
Индуцированный мутагенез: Это использование рентгеновских лучей или химических веществ, чтобы вызвать мутации (незапланированные, часто спонтанные изменения ДНК) в определенных генах или последовательностях ДНК бактерий. Это может привести к обнаружению вариантов генов, которые работают лучше (или, если необходимо, хуже), чем «нормальный» ген. Этот процесс может помочь создать новые "линии" организмов.
Мутации, хотя часто и вредные, также являются основным источником генетической изменчивости жизни на Земле. В результате, индуцирование их в больших количествах, в то время как определенно создает популяции менее приспособленных организмов, также увеличивает вероятность полезной мутации, которая затем может быть использована для целей человека с использованием дополнительных методов.
Вирусные или плазмидные векторы: Ученые могут ввести ген в фаг (вирус, который заражает бактерии или их прокариотических родственников, архей) или плазмидный вектор, а затем поместить модифицированную плазмиду или фаг в другие клетки, чтобы ввести новый ген в эти клетки.
Применение этих процессов включает в себя повышение устойчивости к болезням, преодоление устойчивости к антибиотикам и улучшение способности организмов противостоять стрессовым факторам окружающей среды, таким как экстремальные температуры и токсины.Альтернативно, использование таких векторов может усиливать существующую характеристику вместо создания новой.
Используя технологию селекции растений, растение можно «заказывать» для более частого цветения, или бактерии могут вызывать выработку белка или химического вещества, которого они обычно не делают.
Ретровирусные векторы: Здесь части ДНК, содержащие определенные гены, помещаются в эти особые виды вирусов, которые затем транспортируют генетический материал в клетки другого организма. Этот материал включен в геном хозяина, чтобы они могли экспрессироваться вместе с остальной частью ДНК в этом организме.
Проще говоря, это включает в себя разрезание цепи ДНК хозяина с помощью специальных ферментов, вставку нового гена в зазор, созданный путем разрезания, и прикрепление ДНК на обоих концах гена к ДНК хозяина.
Технология "Вбей, выбей": Как следует из названия, этот тип технологии позволяет полностью или частично удалять определенные участки ДНК или определенные гены («нокаут»). Аналогичным образом, инженеры-люди, стоящие за этой формой генетической модификации, могут выбирать, когда и как включить («вбить») новый участок ДНК или новый ген.
Инъекция генов в зарождающиеся организмы: Инъекция генов или векторов, содержащих гены, в яйца (ооциты) может включать новые гены в геном развивающегося зародыша, которые, следовательно, экспрессируются в организме, что в конечном итоге приводит.
Клонирование гена
Клонирование генов является примером использования плазмидных векторов. Плазмиды, представляющие собой круглые кусочки ДНК, извлекаются из бактериальной или дрожжевой клетки. Рестрикционные ферменты, которые представляют собой белки, которые «режут» ДНК в определенных местах вдоль молекулы, используются для разрезания ДНК, создавая линейную цепь из кольцевой молекулы. Затем ДНК для нужного гена «вклеивается» в плазмиду, которая вводится в другие клетки.
Наконец, эти клетки начинают читать и кодировать ген, который был искусственно добавлен к плазмиде.
Связанное содержание: определение РНК, функция, структура
Клонирование генов включает в себя четыре основных этапа. В следующем примере ваша цель заключается в создании штамма Кишечная палочка бактерии, светящиеся в темноте. (Обычно, конечно, эти бактерии не обладают этим свойством; в противном случае такие места, как канализационные системы миров и многие из его естественных водных путей, приобрели бы совершенно иной характер, как Кишечная палочка распространены в желудочно-кишечном тракте человека.)
1. Изолировать желаемую ДНК. Во-первых, вам нужно найти или создать ген, который кодирует белок с требуемым свойством - в данном случае светящийся в темноте. Некоторые медузы производят такие белки, и ответственный ген был идентифицирован. Этот ген называется целевая ДНК, В то же время вам необходимо определить, какую плазмиду вы будете использовать; это векторная ДНК.
2. Расщепить ДНК с помощью рестриктаз. Эти вышеупомянутые белки, также называемые рестрикционные эндонуклеазыМножество в бактериальном мире. На этом этапе вы используете одну и ту же эндонуклеазу для разрезания как целевой ДНК, так и векторной ДНК.
Некоторые из этих ферментов проникают прямо через обе цепи молекулы ДНК, в то время как в других случаях они делают «ступенчатый» разрез, оставляя открытой небольшую длину одноцепочечной ДНК. Последние называются липкие концы.
3. Объедините целевую ДНК и векторную ДНК. Теперь вы соединяете два типа ДНК вместе с ферментом под названием ДНК-лигаза, который функционирует как сложный вид клея. Этот фермент полностью изменяет работу эндонуклеаз, соединяя концы молекул вместе. Результатом является химераили нить рекомбинантная ДНК.
4. Ввести рекомбинантную ДНК в клетку-хозяина. Теперь у вас есть ген, который вам нужен, и средство его перемещения туда, где он принадлежит. Есть несколько способов сделать это, среди них преобразование, в котором так называемые компетентные клетки подметают новую ДНК, и электропорации, в котором импульс электричества используется для кратковременного разрушения клеточной мембраны, чтобы позволить молекуле ДНК проникнуть в клетку.
Примеры генетической модификации
Искусственный отбор: Собаководы могут выбирать различные черты, особенно окрас шерсти. Если конкретный заводчик лабрадор-ретриверов видит рост спроса на данный цвет породы, он или она может систематически размножаться для рассматриваемого цвета.
Генная терапия: У кого-то с дефектным геном копия рабочего гена может быть введена в клетки этого человека, так что требуемый белок может быть получен с использованием чужеродной ДНК.
ГМ-культуры: Сельскохозяйственные методы генетической модификации могут использоваться для создания генетически модифицированных (ГМ) культур, таких как устойчивые к гербицидам растения, культуры, которые дают больше плодов по сравнению с обычным размножением, растения ГМ, устойчивые к холоду, культуры с улучшенным общим урожаем, продукты с более высокая питательная ценность и так далее.
В более широком смысле, в 21-м веке генетически модифицированные организмы (ГМО) превратились в актуальную проблему на европейских и американских рынках из-за проблем безопасности пищевых продуктов и деловой этики, связанных с генетической модификацией сельскохозяйственных культур.
Генетически модифицированные животные: Одним из примеров ГМ-продуктов в животноводческом мире является разведение цыплят, которые растут крупнее и быстрее, чтобы производить больше грудного мяса. Такие технологии рекомбинантной ДНК вызывают этические проблемы из-за боли и дискомфорта, которые это может причинить животным.
Редактирование генов: Пример редактирования гена или редактирования генома CRISPR, или же сгруппированные регулярно перемежающиеся короткие палиндромные повторы, Этот процесс «заимствован» из метода, используемого бактериями для защиты от вирусов. Он включает в себя целенаправленную генетическую модификацию различных частей целевого генома.
В CRISPR, направляющая рибонуклеиновая кислота (gRNA), молекула с той же последовательностью, что и сайт-мишень в геноме, объединяется в клетке-хозяине с эндонуклеазой, называемой Cas9. ГРНК будет связываться с целевым сайтом ДНК, таща за собой Cas9. Такое редактирование генома может привести к «выбиванию» плохого гена (например, варианта, вызывающего рак) и в некоторых случаях позволяет заменить плохой ген желаемым вариантом.