A genetikai módosítás alapjai
A GMO rövid a "genetikailag módosított szervezetre". A genetikai módosítás már évtizedek óta létezik, és a leghatékonyabb és leggyorsabb módja annak, hogy egy adott tulajdonsággal vagy jellemzővel rendelkező növényt vagy állatot hozzanak létre. Lehetővé teszi a pontos DNS-szekvencia változását. Mivel a DNS lényegében az egész szervezetre vonatkozó tervet tartalmazza, a DNS-változások megváltoztatják azokat a funkciókat, amelyekre a szervezet képes.
Valóban nincs más módja ennek, csak az elmúlt 40 év során kifejlesztett technikák alkalmazásával közvetlenül manipulálni a DNS-t.
Hogyan genetikusan módosítja a szervezetet? Valójában ez egy nagyon széles kérdés. Egy szervezet lehet növény, állati, gomba vagy baktérium, és ezek mindegyike lehet, és már majdnem 40 éve genetikailag módosított. Az első, genetikailag módosított organizmusok a 70-es évek elején baktériumok voltak. Azóta a genetikailag módosított baktériumok százmillió laboratóriumi munkássá váltak, amelyek genetikai módosításokat végeztek mind a növények, mind az állatok tekintetében. Az alapvető géncsírázás és -módosítások nagy részét úgy tervezték és készítették el, hogy baktériumokat alkalmaztak, főként az E. coli néhány változatát, majd átviszik a célszervezetekre.
A növények, állatok vagy mikrobák genetikailag megváltoztatott általános megközelítése fogalmilag nagyon hasonló. Az egyes technikákban azonban vannak különbségek a növényi és állati sejtek általános különbségei miatt.
Például a növényi sejtek sejtfalai és az állati sejtek nem.
A növények és állatok genetikai módosításának okai
A GM állatok elsősorban kutatási célokra készülnek, gyakran a gyógyszerfejlesztéshez használt modell biológiai rendszerekként. Vannak olyan GM állatok, amelyeket más kereskedelmi célokra fejlesztettek ki, mint például a fluoreszkáló halak háziállatokként és GM szúnyogok, amelyek segítenek a betegségeket hordozó szúnyogok ellen.
Ez azonban viszonylag korlátozott alkalmazás az alapvető biológiai kutatásokon kívül. Eddig egyetlen GM-állatot sem engedélyezték táplálékforrásként. Hamarosan azonban ez megváltozhat az AquaAdvantage Salmonon, amely a jóváhagyási folyamaton keresztül halad.
A növényeknél azonban a helyzet más. Míg sok növény módosul a kutatáshoz, a legtöbb növényi genetikai módosítás célja egy olyan növényi törzs létrehozása, amely kereskedelmi vagy szociális szempontból előnyös. Például a hozamok növelhetők, ha a növényeket jobb ellenállóképességgel tervezik, mint például a Rainbow Papaya, vagy egy nem-barátságos, talán hidegebb régióban. A hosszabb érett gyümölcs, mint például a végtelen nyári paradicsom, több időt biztosít a betakarítás utáni felhasználásra. Emellett a táplálkozási értéket javító tulajdonságok, mint például az A-vitaminban gazdag Arany rizs vagy a gyümölcs hasznossága, mint például a nem-barnító sarki almák, szintén elkészültek.
Lényegében minden olyan tulajdonság, amely nyilvánvalóvá válik egy adott gén hozzáadásával vagy gátlásával. A több gént igénylő tulajdonságok is kezelhetők, de ehhez egy bonyolultabb folyamat szükséges, amelyet még nem sikerült elérni a kereskedelmi növényeknél.
Mi a gén?
Mielőtt megmagyarázná, hogy az új gének miként kerülnek be organizmusokba, fontos megérteni, hogy mi a gén. Mint sokan valószínűleg tudják, a gének DNS-ből származnak, amely részben négy alapból áll, amelyeket egyszerűen csak A, T, C, G néven említenek. Az ilyen bázisok lineáris sorrendje egy gén DNS-szálának egy sorában egy adott fehérje kódjaként értelmezhető, akárcsak egy mondat szövegkódjainak betűi.
A fehérjék olyan nagy biológiai molekulák, amelyek különböző kombinációkban összekapcsolt aminosavakból állnak. Ha az aminosavak megfelelő kombinációja összekapcsolódik, az aminosav lánc egy meghatározott alakú és megfelelő kémiai tulajdonságokkal rendelkező fehérjéhez összehajtogatva egy adott funkciót vagy reakciót képes végrehajtani. Az élőlények nagyrészt fehérjékből állnak. Néhány fehérje enzim, amely katalizálja a kémiai reakciókat; mások szállítják az anyagot a sejtekbe, és néhányan kapcsolóként hatnak, amelyek aktiválják vagy deaktiválják más fehérjéket vagy fehérje kaszkádokat.
Tehát, amikor új gént bevezettek, megadja a sejtnek a kódszekvenciát, hogy lehetővé tegye új fehérje előállítását.
Hogyan alakítják a sejtek a génjeiket?
A növények és az állati sejtek esetében szinte az összes DNS-t több hosszú szálban rendelik kromoszómákba. A gének valójában csak kis részei a kromoszómát alkotó DNS hosszú sorának. Minden alkalommal, amikor egy sejt replikálódik, először az összes kromoszómát replikálják. Ez a központi utasításkészlet a sejt számára, és minden utódcella kap egy másolatot. Tehát egy olyan új gént be kell vezetni, amely lehetővé teszi a sejt számára, hogy egy új fehérjét hozzon létre, amely egy bizonyos tulajdonságot kölcsönöz, egyszerűen be kell illeszteni egy kis DNS-t a hosszú kromoszómafonalak egyikébe. A behelyezés után a DNS-t átadják minden lány sejtnek, amikor sejtek replikálódnak, mint az összes többi gén.
Valójában bizonyos típusú DNS-eket fenntarthatnak a kromoszómáktól elkülönített sejtekben, és géneket be lehet vezetni ezekkel a struktúrákkal, így nem integrálódnak a kromoszómális DNS-be. Ezzel a megközelítéssel azonban, mivel a sejt kromoszómális DNS-ét megváltoztatják, rendszerint nem áll fenn az összes sejtben többszörös replikáció után. Az állandó és örökölhető genetikai módosításhoz, mint például a növénytermesztéshez használt folyamatokhoz, kromoszómális módosításokat alkalmaznak.
Hogyan épül be egy új gén?
A géntechnológia egyszerűen egy új DNS-bázisszekvencia (általában egy egész génnek megfelelő) beiktatását jelenti a szervezet kromoszomális DNS-ébe. Ez koncepcionálisan egyszerűnek tűnhet, de technikailag kicsit bonyolultabbá válik. Számos technikai részlet van benne ahhoz, hogy a helyes DNS-szekvenciát a megfelelő jelekkel a megfelelő környezetbe juttassuk a kromoszómába, amely lehetővé teszi a sejtek számára, hogy felismerjék, hogy egy gén, és új fehérjét alkalmaznak.
Négy kulcsfontosságú elem van, amelyek közösek a szinte minden genetikai mérnöki eljárásban:
- Először is szükség van egy génre. Ez azt jelenti, hogy szükséged van a fizikai DNS-molekulára az adott bázisszekvenciákkal. Hagyományosan ezeket a szekvenciákat közvetlenül egy szervezetből nyertük, amely számos nehézkes technikát alkalmaz. Napjainkban, ahelyett, hogy DNS-t vennének ki egy szervezetből, a tudósok általában csak az A, T, C, G vegyi anyagokból szintetizálnak. Miután megkapjuk, a szekvenciát beilleszthetjük egy olyan bakteriális DNS-be, amely olyan, mint egy kis kromoszóma (plazmid), és mivel a baktériumok gyorsan replikálódnak, a gén szükség szerinti nagy része megtehető.
- Ha már rendelkezik a génnel, akkor helyezzük el egy DNS-szálat a megfelelő DNS-szekvenciával körülvéve, hogy a sejt felismerhesse és kifejezhesse. Főleg ez azt jelenti, hogy olyan kis DNS-szekvenciára van szükség, amely egy promoternek nevezik, amely jelzi a sejtet a gén kifejezésére.
- A beillesztendő fő gén mellett gyakran egy második génre van szükség a marker vagy szelekció biztosításához. Ez a második gén alapvetően a gént tartalmazó sejtek azonosítására szolgáló eszköz.
- Végül szükség van egy új DNS (pl. Promoter, új gén és szelekciós marker) expressziójára az organizmus sejtjeiben. Ennek számos módja van. A növények kedvence a génpisztoly, amely egy módosított 22 puskát használ fel DNS-bevonattal ellátott volfrám- vagy aranyszemcsék cellákba való felvételére.
Az állati sejtekkel számos transzfekciós reagens van, amely bevonja vagy komplexálja a DNS-t, és lehetővé teszi a sejtmembránon való áthaladását. Az is gyakori, hogy a DNS-t összekapcsolják a módosított vírus DNS-sel, és ez azt jelenti, hogy génvektorként használhatjuk a gént a sejtekbe. A módosított vírus DNS kapszulázhat normál vírusfehérjékkel, hogy olyan pszeudovírust hozzon létre, amely megfertőzheti a sejteket, és a gént hordozó DNS-t beillesztheti, de az új vírus létrehozásához nem replikálódik.
Számos kétszikű növény esetében a gént az Agrobacterium tumefaciens baktériumok T-DNS-hordozójának módosított változatába helyezhetjük. Van néhány más megközelítés is. Azonban a legtöbb esetben csak kis számú sejt veszi fel a gént, amely a megtervezett sejtek kiválasztását a folyamat kritikus részét képezi. Ezért van szükség szelekcióra vagy markergénre.
De, hogyan készíthetünk géntechnológiával módosított egeret vagy paradicsomot?
A GMO egy olyan szervezet, amelyben több millió sejt van, és a fenti technika csak igazán írja le, hogyan lehet genetikailag megtervezni az egyes sejteket. Az egész szervezet létrehozásának folyamata azonban lényegében magában foglalja e genetikai technikák alkalmazását csírasejteken (pl. Sperma és tojássejtek). A kulcsgén beillesztése után a folyamat többi része alapvetően genetikai tenyésztési technikákat alkalmaz, hogy olyan növényeket vagy állatokat hozzanak létre, amelyek az új gént tartalmazzák a testük összes sejtjeiben. A genetikai tervezés valóban csak a sejtekhez készült. A biológia a többit.