Mitä ovat muuntogeeniset organismit ja miten ne valmistetaan?

GMO on lyhenne sanoista "geneettisesti muunnettu organismi". Geneettinen muuntaminen on ollut olemassa jo vuosikymmenien ajan on tehokkain ja nopea tapa luoda kasvi tai eläin, jolla on tietty ominaisuus tai ominaisuus. Se mahdollistaa tarkat, spesifiset muutokset DNA-sekvenssiin. Koska DNA käsittää olennaisesti koko organismin suunnitelman, DNA: n muutokset muuttavat sitä, mikä on organismi ja mitä se voi tehdä. Tekniikat DNA: n manipuloimiseksi kehitettiin vasta viimeisen 40 vuoden aikana.

Kuinka muokkaat organismia geneettisesti? Oikeastaan ​​tämä on melko laaja kysymys. Organismi voi olla kasvi, eläin, sieni tai bakteereja, ja kaikki nämä voivat olla ja ovat olleet geneettisesti suunnitellut lähes 40 vuotta. Ensimmäiset geenitekniset organismit olivat bakteerit 1970-luvun alkupuolella. Siitä lähtien geneettisesti muunnetusta bakteerista on tullut satojen tuhansien laboratorioiden työhevonen, jotka tekevät geenimuunnelmia sekä kasveille että eläimille. Suurin osa perus- geenin sekoituksista ja muunnoksista on suunniteltu ja valmistettu käyttämällä bakteereja, lähinnä joitain muunnoksia

Yleinen lähestymistapa kasvien, eläinten tai mikrobien geneettisesti muuttamiseen on käsitteellisesti melko samanlainen. Erityisissä tekniikoissa on kuitenkin joitain eroja johtuen yleisistä eroista kasvi- ja eläinsolujen välillä. Esimerkiksi kasvisoluissa on soluseinät ja eläinsolut eivät.

Geneettisesti muunnetut eläimet ovat ensisijaisesti vain tutkimustarkoituksia varten, jos niitä käytetään usein biologisten mallien mallit lääkkeiden kehittämiseen. Muutamiin kaupallisiin tarkoituksiin on kehitetty muuntogeenisiä eläimiä, kuten fluoresoivat kalat lemmikkieläiminä ja geneettisesti muunnetut hyttyset, jotka auttavat hallitsemaan tauteja kuljettavia hyttysiä. Niiden käyttö on kuitenkin suhteellisen rajallista biologisen perustutkimuksen ulkopuolella. Toistaiseksi geneettisesti muunnettuja eläimiä ei ole hyväksytty ravintolähteeksi. Pian tämä saattaa kuitenkin muuttua hyväksyntäprosessin läpi käyvän AquaAdvantage Lohen kanssa.

Kasvien kohdalla tilanne on kuitenkin erilainen. Vaikka paljon kasveja modifioidaan tutkimusta varten, suurimman osan satogeenisten modifikaatioiden tavoitteena on tehdä kasvilajista, joka on kaupallisesti tai sosiaalisesti hyödyllinen. Esimerkiksi satoa voidaan lisätä, jos kasveja suunnitellaan parannetuksi vastustuskykyä sellaista tautia aiheuttavalle tuholaiselle kuin Rainbow Papaya, tai kyky kasvaa huonoilla, ehkä kylmemmillä alueilla. Hedelmät, jotka pysyvät kypsinä pidempään, kuten Loputtomat kesätomaatit, antaa enemmän aikaa säilytysaikaan sadonkorjuun jälkeen käytettäväksi. Myös ominaisuuksia, jotka parantavat ravintoarvoa, kuten Kultainen riisi suunniteltu rikkaiksi A-vitamiiniksi tai hedelmien hyödyllisyydeksi, kuten ei-ruskistuvaksi Arktiset omenat on myös tehty.

Pohjimmiltaan voidaan tuoda esiin mikä tahansa ominaisuus, joka voidaan ilmentää lisäämällä tai estämällä tietty geeni. Ominaisuuksia, jotka vaativat useita geenejä, voitaisiin myös hallita, mutta tämä vaatii monimutkaisemman prosessin, jota ei ole vielä saavutettu kaupallisilla viljelykasveilla.

Ennen kuin selitetään, kuinka uusia geenejä laitetaan organismeihin, on tärkeää ymmärtää mikä on geeni. Kuten monet todennäköisesti tietävät, geenit on valmistettu DNA: sta, joka koostuu osittain neljästä emäksestä, jotka yleisesti mainitaan yksinkertaisesti A, T, C, G. Näiden emästen lineaarista järjestystä peräkkäin geenin DNA-juosteessa voidaan ajatella tietyn proteiinin koodina, samoin kuin lauseen tekstikoodirivien kirjaimia.

Proteiinit ovat suuria biologisia molekyylejä, jotka on valmistettu aminohapoista, jotka on kytketty toisiinsa erilaisissa yhdistelmissä. Kun oikea aminohappoyhdistelmä on kytketty toisiinsa, aminohappoketju taittuu yhteen proteiiniksi joilla on tietty muoto ja oikeat kemialliset ominaisuudet yhdessä, jotta se voi suorittaa tietyn toiminnon tai reaktio. Elävät esineet koostuvat pääosin proteiineista. Jotkut proteiinit ovat entsyymejä, jotka katalysoivat kemiallisia reaktioita; toiset kuljettavat materiaalia soluihin ja jotkut toimivat kytkiminä, jotka aktivoivat tai deaktivoivat muita proteiineja tai proteiinikaskadeja. Joten kun uusi geeni otetaan käyttöön, se antaa solulle koodisekvenssin, jotta se voi tehdä uuden proteiinin.

Kasveissa ja eläinsoluissa melkein kaikki DNA on järjestetty useiksi pitkiksi juosteiksi, jotka kääritään kromosomeiksi. Geenit ovat oikeastaan ​​vain pieniä osia pitkästä DNA-sekvenssistä, jotka muodostavat kromosomin. Aina kun solu replikoituu, kaikki kromosomit replikoituvat ensin. Tämä on solun keskeinen ohjejoukko, ja jokainen jälkeläissolu saa kopion. Joten uuden geenin käyttöönottamiseksi, jonka avulla solu pystyy tuottamaan uuden proteiinin, joka antaa tietyn ominaisuuden, on yksinkertaisesti asetettava vähän DNA: ta johonkin pitkäistä kromosomi juosteista. Asetettuaan DNA siirretään jokaiselle tytärsolulle, kun ne solu replikoituvat kuten kaikki muutkin geenit.

Itse asiassa varma tyyppisiä DNA: ta voidaan ylläpitää erillisissä soluissa kromosomeista ja geenejä voidaan viedä näitä rakenteita käyttämällä, joten ne eivät integroidu kromosomaaliseen DNA: hon. Koska solun kromosomaalinen DNA on muuttunut, tällä lähestymistavalla ei kuitenkaan yleensä ylläpidetä kaikkia soluja useiden replikaatioiden jälkeen. Pysyvään ja periytyvään geneettiseen modifiointiin, kuten prosesseihin, joita käytetään viljelytekniikkaan, käytetään kromosomimuunnoksia.

Geenitekniikka viittaa yksinkertaisesti uuden DNA-emässekvenssin (joka yleensä vastaa koko geeniä) insertointiin organismin kromosomaaliseen DNA: han. Tämä saattaa tuntua käsitteellisesti yksinkertaiselta, mutta teknisesti se tulee hieman monimutkaisemmaksi. Oikean DNA-sekvenssin saaminen oikeilla signaaleilla saa aikaan monia teknisiä yksityiskohtia kromosomi oikeassa yhteydessä, jonka avulla solut voivat tunnistaa sen olevan geeni ja käyttää sitä uuden luomiseen proteiinia.

On neljä keskeistä tekijää, jotka ovat yhteisiä melkein kaikille geenitekniikan menettelyille:

1. Ensinnäkin tarvitset geenin. Tämä tarkoittaa, että tarvitset fysikaalisen DNA-molekyylin tietyillä emässekvensseillä. Perinteisesti nämä sekvenssit saatiin suoraan organismista käyttämällä mitä tahansa monista työläistä tekniikoista. Nykyään sen sijaan, että uutettaisiin DNA: ta organismista, tutkijat syntetisoivat tyypillisesti vain peruskemikaaleista A, T, C, G. Saatuaan sekvenssin voidaan insertoida bakteeri-DNA-kappaleeseen, joka on kuin pieni kromosomi (plasmidi) ja koska bakteerit replikoituvat nopeasti, niin paljon geenistä kuin mahdollista tarvitaan.
2. Kun sinulla on geeni, sinun on asetettava se DNA-juosteeseen, jota ympäröi oikea ympäröivä DNA-sekvenssi, jotta solu tunnistaa sen ja ilmentää sitä. Periaatteessa tämä tarkoittaa sitä, että tarvitset pienen DNA-sekvenssin, jota kutsutaan promoottoriksi, joka signaloi solun geenin ilmentämiseen.
3. Lisättävän päägeenin lisäksi tarvitaan usein toinen geeni markkerin tai valinnan aikaansaamiseksi. Tämä toinen geeni on olennaisesti työkalu, jota käytetään geenin sisältävien solujen tunnistamiseen.
4. Lopuksi on välttämätöntä olla menetelmä uuden DNA: n (ts. Promoottorin, uuden geenin ja selektiomarkkerin) toimittamiseksi organismin soluihin. Tätä voidaan tehdä monella tapaa. Kasveille suosikkini on geenipyssy lähestymistapa, joka käyttää muokattua 22 kivääriä ampumaan DNA-päällystettyjä volframi- tai kultahiukkasia soluihin.

Eläinsoluissa on useita transfektioreagenssit joka peittää tai kompleksoi DNA: n ja mahdollistaa sen kulkemisen solukalvojen läpi. On myös yleistä, että DNA on silmukoitu yhdessä modifioitu virus-DNA että sitä voidaan käyttää geenivektorina geenin kuljettamiseksi soluihin. Modifioitu virus-DNA voidaan kapseloida normaaleihin virusproteiineihin pseudoviruksen valmistamiseksi, joka voi tartuttaa solut ja insertoida geenin kantavan DNA: n, mutta ei replikoitu uuden viruksen valmistamiseksi.

Monien kaksisirkkaisten kasvien tapauksessa geeni voidaan sijoittaa Agrobacterium tumefaciens -bakteerien T-DNA-kantajan modifioituun varianttiin. On myös muutama muu lähestymistapa. Kuitenkin useimmissa vain pieni määrä soluja poimi geenin, mikä tekee muokattujen solujen valinnan kriittiseksi osaksi tätä prosessia. Siksi valinta- tai merkkigeeni on tyypillisesti välttämätön.

GMO on organismi, jossa on miljoonia soluja, ja yllä oleva tekniikka kuvaa vain todella kuinka yksittäiset solut voidaan suunnitella geneettisesti. Menetelmään kokonaisen organismin muodostamiseksi sisältyy kuitenkin olennaisesti näiden geenitekniikan tekniikoiden käyttö itusoluissa (ts. Siittiöissä ja munasoluissa). Kun avaingeeni on lisätty, muussa prosessissa käytetään periaatteessa geneettisiä jalostustekniikoita kasvien tai eläinten tuottamiseksi, jotka sisältävät uuden geenin kaikissa kehon soluissa. Geenitekniikka tehdään oikeastaan ​​vain soluille. Biologia tekee loput.