Conţinut
- Modificare genetică: definiție
- Ce nu este modificarea genetică
- Tipuri de modificări genetice
- Clonarea genelor
- Exemple de modificare genetică
A genă, din punct de vedere biochimic de bază, este un segment de acid dezoxiribonucleic (ADN) din interiorul fiecărei celule a unui organism care poartă codul genetic pentru asamblarea unui anumit produs proteic. La un nivel mai funcțional și mai dinamic, genele determină ce sunt organismele - animale, plante, ciuperci și chiar bacterii - și în ce sunt destinate să se dezvolte.
În timp ce comportamentul genelor este influențat de factori de mediu (de exemplu, nutriție) și chiar de alte gene, compoziția materialului dvs. genetic dictează copleșitor aproape tot ceea ce vă privește, vizibil și nevăzut, de la dimensiunea corpului dvs. până la răspunsul dvs. la invadatorii microbieni. , alergeni și alți agenți externi.
Capacitatea de a schimba, modifica sau ingera gene în moduri specifice ar introduce, prin urmare, opțiunea de a fi capabil să creeze organisme rafinate - inclusiv oameni - folosind combinații date de ADN cunoscute pentru a conține anumite gene.
Procesul de modificare a unui organism genotip (vag vorbind, suma genelor sale individuale) și, prin urmare, „albastru” său genetic este cunoscut ca modificatie genetica. Numit si Inginerie genetica, acest tip de manevră biochimică a trecut de pe tărâmul ficțiunii în realitate în ultimele decenii.
Dezvoltările asociate s-au caracterizat atât în entuziasm, cât și în perspectiva îmbunătățirii sănătății umane și a calității vieții umane, precum și a unei multitudini de probleme etice spinoase și inevitabile pe diverse fronturi.
Modificare genetică: definiție
Modificatie genetica este orice proces prin care genele sunt manipulate, schimbate, șterse sau ajustate pentru a amplifica, schimba sau regla o anumită caracteristică a unui organism. Este manipularea trăsăturilor la nivelul rădăcinii absolute sau celulare.
Luați în considerare diferența dintre coafarea de rutină a părului dvs. într-un anumit mod și posibilitatea de a vă controla culoarea, lungimea și aranjarea generală a părului (de exemplu, drept versus ondulat) fără a utiliza produse de îngrijire a părului, bazându-vă în schimb pe oferirea de componente nevăzute ale instrucțiunilor corpului dvs. cu privire la modul de realizare și de asigurare a unui rezultat cosmetic dorit și veți obține o idee despre ce modificări genetice este vorba.
Deoarece toate organismele vii conțin ADN, inginerie genetică poate fi efectuată pe oricare organism, de la bacterii la plante până la ființe umane.
Pe măsură ce citiți acest lucru, domeniul ingineriei genetice este în plină expansiune cu noi posibilități și practici în domeniile agriculturii, medicinei, fabricației și altor tărâmuri.
Ce nu este modificarea genetică
Este important să înțelegem diferența dintre gene care se schimbă literal și se comportă într-un mod care să profite de o genă existentă.
Multe gene nu operează independent de mediul în care trăiește organismul părinte. Obiceiurile dietetice, stresurile de diferite tipuri (de exemplu, bolile cronice, care pot avea sau nu o bază genetică proprie) și alte lucruri pe care organismele se confruntă în mod obișnuit pot afecta expresia genelor sau nivelul la care sunt utilizate genele pentru a face produsele proteice. pentru care codifică.
Dacă provineți dintr-o familie de oameni care sunt înclinați genetic să fie mai înalți și mai grei decât media și aspirați la o carieră atletică într-un sport care favorizează forța și dimensiunea, cum ar fi baschetul sau hocheiul, puteți ridica greutăți și mânca o cantitate robustă de mâncare pentru a vă maximiza șansele de a fi cât mai mari și puternice.
Dar acest lucru este diferit de posibilitatea de a insera gene noi în ADN-ul dvs. care garantează practic un nivel previzibil de creștere musculară și osoasă și, în final, un om cu toate trăsăturile tipice ale unei stele sportive.
Tipuri de modificări genetice
Există multe tipuri de tehnici de inginerie genetică și nu toate necesită manipularea materialului genetic folosind echipamente de laborator sofisticate.
De fapt, orice proces care implică manipularea activă și sistematică a unui organism Fondului geneticsau suma genelor din orice populație care se reproduce prin reproducere (adică sexual), se califică ca inginerie genetică. Unele dintre aceste procese, desigur, sunt într-adevăr în vârful tehnologiei.
Selecție artificială: Numită și selecție simplă sau reproducție selectivă, selecția artificială este alegerea organismelor părinte cu un genotip cunoscut pentru a produce descendență în cantități care nu ar apărea dacă natura ar fi doar inginerul, sau cel puțin ar avea loc doar pe scări de timp mult mai mari.
Atunci când fermierii sau crescătorii de câini selectează ce plante sau animale să reproducă pentru a asigura descendența cu anumite caracteristici pe care oamenii le consideră de dorit dintr-un anumit motiv, ei practică o formă de modificare genetică zilnică.
Mutageneza indusă: Aceasta este utilizarea radiografiilor sau a substanțelor chimice pentru a induce mutații (modificări neplanificate, adesea spontane la ADN) în gene specifice sau secvențe de ADN ale bacteriilor. Poate rezulta în descoperirea unor variante de gene care au un efect mai bun (sau, dacă este necesar, mai rău) decât gena „normală”. Acest proces poate ajuta la crearea de noi „linii” de organisme.
Mutațiile, deși adesea sunt dăunătoare, sunt, de asemenea, sursa fundamentală a variabilității genetice în viața de pe Pământ. Ca rezultat, inducerea acestora în număr mare, deși este sigur că va crea populații de organisme mai puțin potrivite, crește, de asemenea, probabilitatea unei mutații benefice, care poate fi apoi exploatată în scopuri umane folosind tehnici suplimentare.
Vectori virali sau plasmidici: Oamenii de știință pot introduce o genă într-un fag (un virus care infectează bacteriile sau rudele lor procariote, Archaea) sau un vector plasmid, și apoi plasează plasmida sau fagul modificat în alte celule pentru a introduce noua genă în acele celule.
Aplicațiile acestor procese includ creșterea rezistenței la boli, depășirea rezistenței la antibiotice și îmbunătățirea capacității organismelor de a rezista stresorilor din mediu, cum ar fi extremele de temperatură și toxinele.Alternativ, utilizarea unor astfel de vectori poate amplifica o caracteristică existentă în loc să creeze una nouă.
Folosind tehnologia de reproducere a plantelor, o plantă poate fi „ordonată” să înflorească mai des, sau bacteriile pot fi induse să producă o proteină sau un produs chimic pe care în mod normal nu l-ar face.
Vectorii retrovirali: Aici, porțiuni de ADN care conțin anumite gene sunt puse în aceste tipuri speciale de viruși, care apoi transportă materialul genetic în celulele unui alt organism. Acest material este încorporat în genomul gazdă, astfel încât acestea să poată fi exprimate împreună cu restul ADN-ului din acel organism.
În termeni simpli, aceasta implică extragerea unei catene de ADN gazdă folosind enzime speciale, inserarea noii gene în golul creat de snipping și atașarea ADN-ului la ambele capete ale genei la ADN-ul gazdă.
Tehnologia „Knock in, knock out”: După cum sugerează și numele său, acest tip de tehnologie permite ștergerea completă sau parțială a anumitor secțiuni de ADN sau a anumitor gene („eliminare”). De-a lungul liniilor similare, inginerii umani din spatele acestei forme de modificare genetică pot alege când și cum să pornească („knock-in”) o nouă secțiune de ADN sau o nouă genă.
Injecția genelor în organisme începătoare: Injectarea genelor sau a vectorilor care conțin gene în ouă (ovocite) poate încorpora noile gene în genomul embrionului în curs de dezvoltare, care sunt, prin urmare, exprimate în organism, care rezultă în cele din urmă.
Clonarea genelor
Clonarea genelor este un exemplu de utilizare a vectorilor plasmidici. Plasmidele, care sunt bucăți circulare de ADN, sunt extrase dintr-o celulă bacteriană sau drojdie. Enzimele de restricție, care sunt proteine care „taie” ADN-ul în locuri specifice de-a lungul moleculei, sunt folosite pentru a șterge ADN-ul, creând o linie liniară din molecula circulară. Apoi, ADN-ul pentru gena dorită este "lipit" în plasmidă, care este introdusă în alte celule.
În cele din urmă, acele celule încep să citească și să codifice gena care a fost adăugată în mod artificial plasmidei.
Conținut înrudit: Definiție ARN, Funcție, Structura
Clonarea genelor include patru etape de bază. În următorul exemplu, obiectivul dvs. este să produceți o tulpină de E coli bacterii care strălucesc în întuneric. (În mod normal, aceste bacterii nu dețin această proprietate; dacă ar face-o, locuri precum sistemele de canalizare ale lumii și multe dintre căile sale navigabile naturale ar avea un caracter distinctiv, ca E coli sunt predominante în tractul gastrointestinal uman.)
1. Izolați ADN-ul dorit. În primul rând, trebuie să găsiți sau să creați o genă care codifică o proteină cu proprietatea necesară - în acest caz, strălucind în întuneric. Anumite meduze fac astfel de proteine, iar gena responsabilă a fost identificată. Această genă se numește ADN-ul țintă. În același timp, trebuie să determinați ce plasmidă veți folosi; acesta este ADN vectorial.
2. Scoateți ADN-ul folosind enzime de restricție. Aceste proteine menționate, de asemenea, numite endonucleaze de restricție, sunt abundente în lumea bacteriană. În această etapă, utilizați aceeași endonuclează pentru a tăia atât ADN-ul țintă cât și ADN-ul vectorial.
Unele dintre aceste enzime se taie drept pe ambele corde ale moleculei de ADN, în timp ce în alte cazuri fac o tăiere „eșalonată”, lăsând expuse lungimi mici de ADN monocatenar. Acestea din urmă sunt numite capete lipicioase.
3. Combinați ADN-ul țintă și ADN-ul vectorial. Acum puneți cele două tipuri de ADN împreună cu o enzimă numită ADN-ligază, care funcționează ca un tip elaborat de lipici. Această enzimă inversează activitatea endonucleazelor prin unirea capetelor moleculelor împreună. Rezultatul este a himerăsau un fir de ADN recombinant.
4. Introduceți ADN-ul recombinant în celula gazdă. Acum, aveți gena de care aveți nevoie și un mijloc de a o transfera spre locul unde aparține. Există o serie de moduri de a face acest lucru, printre ele transformare, în care așa-numitele celule competente măresc noul ADN și electroporare, în care un impuls de electricitate este utilizat pentru a perturba scurt membrana celulară pentru a permite moleculei de ADN să intre în celulă.
Exemple de modificare genetică
Selecție artificială: Crescătorii de câini pot selecta pentru diferite trăsături, în special culoarea hainei. Dacă un anumit crescător de recuperatori Labrador observă o creștere a cererii pentru o anumită culoare a rasei, acesta poate să reproducă în mod sistematic culoarea respectivă.
Terapia genică: La cineva cu o genă defectă, o copie a genei care lucrează poate fi introdusă în celulele persoanelor, astfel încât proteina necesară să poată fi făcută folosind ADN străin.
Culturi modificate genetic: Metodele de agricultură de modificare genetică pot fi utilizate pentru a crea culturi modificate genetic (GM), cum ar fi plante rezistente la erbicide, culturi care produc mai multe fructe în comparație cu reproducerea convențională, plante modificate genetic care sunt rezistente la frig, culturi cu un randament general de îmbunătățire a recoltelor, alimente cu o valoare nutritivă mai mare și așa mai departe.
Mai pe larg, în secolul XXI, organismele modificate genetic (OMG) au înflorit într-o problemă cu butonul fierbinte pe piețele europene și americane, datorită preocupărilor legate de siguranța alimentară și de etică comercială în jurul modificării genetice a culturilor.
Animale modificate genetic: Un exemplu de alimente modificate genetic în lumea animalelor sunt puii care cresc mai rapid și mai rapid pentru a produce mai multă carne de sân. Practici recombinante ale tehnologiei ADN, precum acestea ridică îngrijorari etice din cauza durerii și disconfortului pe care îl poate provoca animalelor.
Editarea genelor: Un exemplu de editare a genelor sau modificarea genomului este CRISPR, sau grupări repetate palindromice scurte cu distanțe mari în mod regulat. Acest proces este „împrumutat” dintr-o metodă folosită de bacterii pentru a se apăra de viruși. Aceasta implică o modificare genetică foarte direcționată a diferitelor porțiuni ale genomului țintă.
În CRISPR, ghidează acidul ribonucleic (gRNA), o moleculă cu aceeași secvență cu situsul țintă din genom, este combinată în celula gazdă cu o endonuclează numită Cas9. GRNA se va lega de site-ul ADN țintă, trăgând Cas9 împreună cu acesta. Această editare a genomului poate duce la „eliminarea” unei gene rele (cum ar fi o variantă implicată în cauza cancerului) și în unele cazuri permite înlocuirea genei proaste cu o variantă de dorit.