Vsebina
- Genska sprememba: Opredelitev
- Kaj genska sprememba ni
- Vrste genske spremembe
- Gensko kloniranje
- Primeri genske spremembe
A gen, z osnovnega biokemičnega stališča, je segment deoksiribonukleinske kisline (DNK) znotraj vsake celice organizma, ki nosi genetsko kodo za sestavljanje določenega beljakovinskega izdelka. Na bolj funkcionalni in dinamični ravni geni določajo, kateri organizmi - živali, rastline, glive in celo bakterije - so in v kaj so namenjeni, da se razvijejo.
Medtem ko na vedenje genov vplivajo okoljski dejavniki (npr. Prehrana) in celo drugi geni, sestava vašega genskega materiala ogromno narekuje skoraj vse o vas, vidno in nevidno, od velikosti telesa do vašega odziva na mikrobi napadalce , alergeni in druga zunanja sredstva.
Sposobnost spreminjanja, spreminjanja ali inženiringa genov na določene načine bi torej uvedla možnost, da bi lahko ustvarili izjemno prilagojene organizme - vključno s človekom - z uporabo danih kombinacij DNK, za katere je znano, da vsebujejo določene gene.
Postopek spreminjanja organizmov genotip (ohlapno gledano, seštevek njenih posameznih genov) in s tem njegova genetska "modra" znana kot genske spremembe. Tudi klicani genski inženiring, se je tovrstno biokemijsko manevriranje v zadnjih desetletjih iz področja znanstvene fantastike preselilo v resničnost.
Povezani razvoj dogodkov je obema navduševal nad izboljšanjem zdravja ljudi in kakovosti življenja ter množico trnih in neizogibnih etičnih vprašanj na različnih frontah.
Genska sprememba: Opredelitev
Genska sprememba je vsak postopek, s katerim z geni manipuliramo, spreminjamo, brišemo ali prilagajamo, da bi ojačali, spremenili ali prilagodili določeno značilnost organizma. Gre za manipulacijo lastnosti na absolutni koreninski ali celični ravni.
Razmislite o razliki med rutinskim oblikovanjem las na določen način in dejansko sposobnim nadzorovati barvo, dolžino las in splošno razporeditev las (npr. Naravnost v primerjavi s kodranimi), ne da bi uporabljali izdelke za nego las, namesto da se zanašate na podajanje nevidnih komponent navodil za telo o tem, kako doseči in zagotoviti želeni kozmetični rezultat, in dobiš občutek o tem, kakšna genetska sprememba sploh gre.
Ker vsi živi organizmi vsebujejo DNK, se lahko genetski inženiring izvaja na katerem koli in vseh organizmih, od bakterij do rastlin do človeka.
Ko berete, se področje genskega inženiringa poraja z novimi možnostmi in praksami na področju kmetijstva, medicine, proizvodnje in drugih področij.
Kaj genska sprememba ni
Pomembno je razumeti razliko med dobesedno spreminjajočimi se geni in obnašanjem na način, ki izkorišča obstoječi gen.
Mnogi geni ne delujejo neodvisno od okolja, v katerem živi matični organizem. Prehranske navade, različni stresi (npr. Kronične bolezni, ki imajo ali ne morejo imeti lastne genske podlage) in druge stvari, s katerimi se organizmi rutinsko spopadajo, lahko vplivajo na izražanje genov ali na raven, v kateri se geni uporabljajo za izdelavo beljakovinskih izdelkov za katero kodirajo.
Če prihajate iz družine ljudi, ki so gensko nagnjeni k višji in težji od povprečja, in si prizadevate za atletsko kariero v športu, ki daje prednost moči in velikosti, kot sta košarka ali hokej, lahko dvignete uteži in pojeste veliko količino hrane, da povečate svoje možnosti, da bi bili čim večji in močnejši.
Toda to je drugače od tega, da lahko v svoj DNK vstavite nove gene, ki praktično zagotavljajo predvidljivo raven mišic in kosti ter na koncu človeka z vsemi značilnimi lastnostmi športne zvezde.
Vrste genske spremembe
Obstaja veliko vrst tehnik genskega inženiringa in ne potrebujejo vseh manipulacij z genskim materialom z uporabo sofisticirane laboratorijske opreme.
Pravzaprav je vsak postopek, ki vključuje aktivno in sistematično manipuliranje z organizmi genski bazenali vsota genov v kateri koli populaciji, ki se razmnožuje z razmnoževanjem (tj. spolno), se šteje za genetski inženiring. Nekateri od teh postopkov so seveda na vrhunskem področju tehnologije.
Umetna izbira: Umetna selekcija je tudi izbira matičnih organizmov z znanim genotipom za proizvodnjo potomcev v količinah, ki se ne bi pojavile, če bi bila narava sama, ali pa bi se pojavila vsaj v veliko večjih časovnih lestvicah.
Ko kmetje ali rejci psov izberejo, katere rastline ali živali bodo vzrejali, da bi zagotovili potomce z določenimi lastnostmi, ki jih človek zaradi nekega razloga zdi zaželen, uveljavljajo vsakodnevno obliko genetskega spreminjanja.
Inducirana mutageneza: To je uporaba rentgenskih žarkov ali kemikalij za induciranje mutacij (nenačrtovanih, pogosto spontanih sprememb DNK) v specifičnih genih ali DNK zaporedjih bakterij. Posledica tega je lahko odkrivanje različic genov, ki delujejo bolje (ali po potrebi slabše) kot "normalni" gen. Ta postopek lahko pomaga ustvariti nove "linije" organizmov.
Mutacije, čeprav so pogosto škodljive, so tudi temeljni vir genske spremenljivosti v življenju na Zemlji. Posledično njihovo spodbujanje v velikem številu, čeprav zagotovo ustvarja populacije manj primernih organizmov, povečuje tudi verjetnost koristnih mutacij, ki jih je mogoče nato uporabiti v človeške namene z dodatnimi tehnikami.
Virusni ali plazmidni vektorji: Znanstveniki lahko vnesejo gen v fag (virus, ki okuži bakterije ali njihove prokariontske sorodnike, arheje) ali plazmidni vektor, nato pa spremenjeni plazmid ali fag položijo v druge celice, da bi v te celice vnesel nov gen.
Uporaba teh procesov vključuje povečanje odpornosti proti boleznim, premagovanje odpornosti na antibiotike in izboljšanje sposobnosti organizmov, da se upirajo okoljski stresorji, kot so temperaturni ekstremi in toksini.Uporaba takšnih vektorjev lahko namesto ustvarjanja novega poveča obstoječo značilnost.
Z uporabo tehnologije za razmnoževanje rastlin lahko rastlini pogosteje cvetijo ali pa povzroči nastanek bakterij, ki proizvajajo beljakovine ali kemikalije, ki jih običajno ne bi.
Retrovirusni vektorji: Tukaj se deli DNK, ki vsebujejo določene gene, dajo v te posebne vrste virusov, ki nato gensko snov prenesejo v celice drugega organizma. Ta material je vgrajen v genom gostitelja, tako da se lahko izrazi skupaj s preostankom DNK v tem organizmu.
Povedano povedano, to vključuje odrezavanje verige gostiteljske DNK z uporabo posebnih encimov, vstavljanje novega gena v vrzel, ki je nastala s snipanjem in pritrditev DNK na obeh koncih gena na gostiteljsko DNK.
"Knock in, knock out" tehnologija: Kot že ime pove, ta vrsta tehnologije omogoča popolno ali delno črtanje določenih odsekov DNK ali določenih genov ("knock out"). Po podobnih poteh lahko človeški inženirji, ki stojijo za to obliko genske spremembe, izberejo, kdaj in kako vklopiti ("potrkati") nov odsek DNK ali nov gen.
Vbrizgavanje genov v nastajajoče organizme: Vbrizgavanje genov ali vektorjev, ki vsebujejo gene, v jajčece (oocite) lahko nove gene vgradi v genom razvijajočega se zarodka, ki se zato izrazi v organizmu, kar sčasoma povzroči rezultat.
Gensko kloniranje
Kloniranje genov je primer uporabe plazmidnih vektorjev. Plazmidi, ki so krožni koščki DNK, se izločijo iz bakterijske ali kvasovke. Restrukcijski encimi, ki so beljakovine, ki "razrežejo" DNK na določenih mestih vzdolž molekule, se uporabljajo za rezanje DNK in tako ustvarijo linearni pramen iz krožne molekule. Nato se DNK za želeni gen "prilepi" v plazmid, ki ga vnesemo v druge celice.
Končno te celice začnejo branje in kodiranje gena, ki je bil umetno dodan plazmidu.
Sorodne vsebine: Opredelitev, funkcija, struktura RNA
Kloniranje genov vključuje štiri osnovne korake. V naslednjem primeru je vaš cilj ustvariti sev E. coli bakterije, ki svetijo v temi. (Običajno te bakterije seveda nimajo te lastnosti; če bi to storili, bi mesta, kot so svetovni kanalizacijski sistemi in mnogi njeni naravni vodni poti, dobila izrazito drugačen značaj, kot E. coli prevladujejo v človeškem prebavilih.)
1. Izolirajte želeno DNK. Najprej morate najti ali ustvariti gen, ki kodira beljakovine z zahtevano lastnostjo - v tem primeru žare v temi. Določene meduze izdelujejo takšne beljakovine in identificiran je odgovoren gen. Ta gen se imenuje the ciljni DNK. Hkrati morate določiti, kateri plazmid boste uporabili; to je vektorski DNK.
2. Cepite DNK z restrikcijskimi encimi. Te prej omenjene beljakovine, imenovane tudi restrikcijska endonukleaza, jih je veliko v bakterijskem svetu. V tem koraku uporabite isto endonukleazo za rezanje ciljne in vektorske DNK.
Nekateri od teh encimov sekajo naravnost čez oba sklopa molekule DNK, medtem ko v drugih primerih naredijo "stopenjski" rez, tako da so izpostavljene majhne dolžine enojne verige. Slednji se imenujejo lepljivi konci.
3. Združite ciljno DNK in vektorsko DNK. Zdaj sta dve vrsti DNK skupaj z encimom, imenovanim Ligaza DNA, ki deluje kot izvrstna vrsta lepila. Ta encim obrne delo endonuklez, tako da se konci molekul združijo. Rezultat je a himeraali pramen rekombinantna DNA.
4. Vstavite rekombinantno DNA v gostiteljsko celico. Zdaj imaš potreben gen in sredstvo, s katerim ga lahko preusmeriš tja, kamor spada. Med njimi je več načinov za to preobrazba, v katerih tako imenovane pristojne celice pometejo novo DNK in elektroporacija, pri katerem se impulz električne energije uporablja za kratek razpad celične membrane, da molekulski DNK omogoči vstop v celico.
Primeri genske spremembe
Umetna izbira: Rejci psov lahko izbirajo med različnimi lastnostmi, predvsem z barvo dlake. Če dani vzreditelj labradorskih prinašalcev opazi porast povpraševanja po določeni barvi pasme, lahko sistematično vzreja zadevno barvo.
Genska terapija: Pri osebi z okvarjenim genom lahko v celice te osebe vnesemo kopijo delujočega gena, tako da lahko potreben protein naredimo s pomočjo tuje DNK.
GM rastline: Metode kmetijstva z gensko modifikacijo se lahko uporabljajo za ustvarjanje gensko spremenjenih (GM) rastlin, kot so rastline, odporne na herbicide, poljščine, ki dajo več sadja v primerjavi s konvencionalno rejo, gensko spremenjene rastline, ki so odporne na mraz, pridelki z izboljšanim celotnim pridelkom pridelka, hrana z višjo prehransko vrednost in tako naprej.
Na splošno je v 21. stoletju gensko spremenjeni organizmi na evropskem in ameriškem trgu prerasli v hiter gumb zaradi varnosti hrane in poslovne etike, povezane z gensko modifikacijo pridelkov.
Gensko spremenjene živali: En primer gensko spremenjene hrane v živinorejskem svetu je vzreja piščancev, ki rastejo hitreje in hitreje proizvajajo več prsi. Rekombinantne prakse DNK, kot so te, vzbujajo etične pomisleke zaradi bolečine in nelagodja, ki jih lahko povzroči živalim.
Urejanje genov: Primer urejanja genov ali urejanja genomov je CRISPRali grozdi, ki se redno prepletajo s kratkimi palindromičnimi ponovitvami. Ta postopek si "izposodimo" iz metode, ki jo bakterije uporabljajo za obrambo pred virusi. Vključuje močno usmerjeno genetsko spreminjanje različnih delov ciljnega genoma.
V CRISPR, vodilna ribonukleinska kislina (gRNA), molekula z enakim zaporedjem kot ciljno mesto v genomu, se v gostiteljski celici združi z endonukleazo, imenovano Cas9. GRNA se bo vezala na ciljno mesto DNK in povlekla s seboj Cas9. To urejanje genoma lahko povzroči "izločanje" slabega gena (kot je različica, ki je povzročena zaradi raka) in v nekaterih primerih dovoli, da se slab gen zamenja z zaželeno različico.