Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Γενετική μηχανική για την αλλαγή ενός οργανισμού
- Τεχνητή επιλογή ήταν η πρώιμη γενετική μηχανική
- Ο πρώτος γενετικά τροποποιημένος οργανισμός
- Άλλες Αρχαίες Μορφές Γενετικής Μηχανικής
- Σύγχρονη γενετική μηχανική
- Συνδυασμός DNA από δύο είδη
- Σύγχρονη Ιστορία της Γενετικής Μηχανικής
- Η σύνδεση μεταξύ γενετικής μηχανικής και βιοτεχνολογίας
- Βιομηχανική Βιοτεχνολογία και Καύσιμα
- Ιατρικές Βιοτεχνολογικές και Φαρμακευτικές Εταιρείες
- Βιοτεχνολογία και αντιπαράθεση
Βιοτεχνολογία είναι ένα πεδίο της επιστήμης της ζωής που χρησιμοποιεί ζώντες οργανισμούς και βιολογικά συστήματα για τη δημιουργία τροποποιημένων ή νέων οργανισμών ή χρήσιμων προϊόντων. Ένα σημαντικό στοιχείο της βιοτεχνολογίας είναι γενετική μηχανική.
Η δημοφιλής έννοια της βιοτεχνολογίας είναι ένα από τα πειράματα που συμβαίνουν σε εργαστήρια και αιχμές της βιομηχανίας, αλλά η βιοτεχνολογία είναι πολύ πιο ολοκληρωμένη στην καθημερινή ζωή των περισσότερων ανθρώπων από ό, τι φαίνεται.
Τα εμβόλια που παίρνετε, η σάλτσα σόγιας, το τυρί και το ψωμί που αγοράζετε στο παντοπωλείο, τα πλαστικά στο καθημερινό σας περιβάλλον, τα ρούχα βαμβακιού που είναι ανθεκτικά στις ρυτίδες, ο καθαρισμός μετά από νέα πετρελαιοκηλίδες και άλλα είναι όλα παραδείγματα βιοτεχνολογίας. Όλοι "χρησιμοποιούν" ζωντανούς μικροοργανισμούς για να δημιουργήσουν ένα προϊόν.
Ακόμη και μια εξέταση αίματος της νόσου Lyme, μια χημειοθεραπεία με καρκίνο του μαστού ή μια ένεση ινσουλίνης μπορεί να είναι το αποτέλεσμα της βιοτεχνολογίας.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Η βιοτεχνολογία βασίζεται στον τομέα της γενετικής μηχανικής, η οποία τροποποιεί το DNA για να μεταβάλλει τη λειτουργία ή άλλα χαρακτηριστικά των ζωντανών οργανισμών.
Τα πρώτα παραδείγματα είναι η εκλεκτική αναπαραγωγή φυτών και ζώων πριν από χιλιάδες χρόνια. Σήμερα, οι επιστήμονες επεξεργάζονται ή μεταφέρουν DNA από ένα είδος σε άλλο. Η βιοτεχνολογία αξιοποιεί αυτές τις διεργασίες για ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών, συμπεριλαμβανομένης της ιατρικής, της διατροφής και της γεωργίας, της μεταποίησης και των βιοκαυσίμων.
Γενετική μηχανική για την αλλαγή ενός οργανισμού
Η βιοτεχνολογία δεν θα ήταν δυνατή χωρίς γενετική μηχανική. Με σύγχρονους όρους, αυτή η διαδικασία χειρίζεται τη γενετική πληροφορία των κυττάρων χρησιμοποιώντας εργαστηριακές τεχνικές για να αλλάξει τα χαρακτηριστικά των ζωντανών οργανισμών.
Οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη γενετική μηχανική για να αλλάξουν τον τρόπο που ένας οργανισμός φαίνεται, συμπεριφέρεται, λειτουργεί ή αλληλεπιδρά με συγκεκριμένα υλικά ή ερεθίσματα στο περιβάλλον του. Η γενετική μηχανική είναι δυνατή σε όλα τα ζωντανά κύτταρα. αυτό περιλαμβάνει μικροοργανισμούς όπως βακτηρίδια και μεμονωμένα κύτταρα πολυκύτταρων οργανισμών, όπως φυτά και ζώα. Ακόμα και το ανθρώπινο γονιδίωμα μπορεί να επεξεργαστεί χρησιμοποιώντας αυτές τις τεχνικές.
Μερικές φορές, οι επιστήμονες αλλάζουν γενετικές πληροφορίες σε ένα κύτταρο μεταβάλλοντας άμεσα τα γονίδια του. Σε άλλες περιπτώσεις, κομμάτια DNA από έναν οργανισμό εμφυτεύονται στα κύτταρα ενός άλλου οργανισμού. Τα νέα υβριδικά κύτταρα καλούνται διαγονιδιακό.
Τεχνητή επιλογή ήταν η πρώιμη γενετική μηχανική
Η γενετική μηχανική μπορεί να μοιάζει με μια υπερσύγχρονη τεχνολογική πρόοδο, αλλά έχει χρησιμοποιηθεί εδώ και δεκαετίες σε πολλούς τομείς. Στην πραγματικότητα, η σύγχρονη γενετική μηχανική έχει τις ρίζες της στις αρχαίες ανθρώπινες πρακτικές που καθορίστηκαν για πρώτη φορά από τον Charles Darwin τεχνητή επιλογή.
Τεχνητή επιλογή, η οποία καλείται επίσης επιλεκτική αναπαραγωγή, είναι μια μέθοδος για την εκούσια επιλογή ζευγαριών ζευγαρώματος για φυτά, ζώα ή άλλους οργανισμούς με βάση τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Ο λόγος για να γίνει αυτό είναι να δημιουργηθούν οι απόγονοι με αυτά τα γνωρίσματα και να επαναληφθεί η διαδικασία με τις μελλοντικές γενιές ώστε να ενισχυθούν σταδιακά τα χαρακτηριστικά του πληθυσμού.
Αν και η τεχνητή επιλογή δεν απαιτεί μικροσκοπία ή άλλο προηγμένο εργαστηριακό εξοπλισμό, είναι μια αποτελεσματική μορφή γενετικής μηχανικής. Αν και ξεκίνησε ως αρχαία τεχνική, οι άνθρωποι εξακολουθούν να το χρησιμοποιούν σήμερα.
Τα συνήθη παραδείγματα περιλαμβάνουν:
Ο πρώτος γενετικά τροποποιημένος οργανισμός
Το πρώτο γνωστό παράδειγμα του ανθρώπου που εμπλέκεται στην τεχνητή επιλογή ενός οργανισμού είναι η άνοδος του Canis lupus familiaris, ή όπως είναι πιο γνωστό, το σκυλί. Περίπου 32.000 χρόνια πριν, οι άνθρωποι σε μια περιοχή της Ανατολικής Ασίας που είναι τώρα η Κίνα, ζούσαν σε ομάδες κυνηγών-συλλεκτών. Οι άγριοι λύκοι ακολούθησαν τις ομάδες των ανθρώπων και σκούπισαν τα σφάγια που οι κυνηγοί άφησαν πίσω τους.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι είναι πολύ πιθανό ότι οι άνθρωποι επέτρεψαν στους υποκινούμενους λύκους που δεν αποτελούσαν απειλή για να ζήσουν. Με αυτόν τον τρόπο, η διακλάδωση των σκύλων από τους λύκους ξεκίνησε με αυτοεπιλογή, καθώς τα άτομα με το χαρακτηριστικό που τους επέτρεπε να ανεχθούν την παρουσία των ανθρώπων έγιναν οι εξημερωμένοι σύντροφοι στους κυνηγούς-συλλέκτες.
Τελικά, οι άνθρωποι άρχισαν να εξιδωνεύουν σκόπιμα και έπειτα να γεννούν γενιές σκύλων για επιθυμητά χαρακτηριστικά, ειδικά εγωκενότητα. Τα σκυλιά έγιναν πιστοί και προστατευτικοί σύντροφοι για τον άνθρωπο. Πάνω από χιλιάδες χρόνια, οι άνθρωποι τα εκτρέφονταν επιλεκτικά για συγκεκριμένα χαρακτηριστικά όπως το μήκος και το χρώμα του καλύμματος, το μέγεθος των ματιών και το μήκος του ρύγχους, το μέγεθος του σώματος, η διάθεση και άλλα.
Οι άγριοι λύκοι της Ανατολικής Ασίας πριν από 32.000 χρόνια που χωρίστηκαν πριν από 32.000 χρόνια σε σκύλους περιλαμβάνουν περίπου 350 διαφορετικές φυλές σκύλων. Αυτά τα πρώτα σκυλιά είναι πιο στενά γενετικά σχετιζόμενα με τα σύγχρονα σκυλιά που ονομάζονται κινέζικα μητρική σκυλιά.
Άλλες Αρχαίες Μορφές Γενετικής Μηχανικής
Η τεχνητή επιλογή που εκδηλώνεται με άλλους τρόπους και στους αρχαίους ανθρώπινους πολιτισμούς. Καθώς οι άνθρωποι μετακόμισαν προς τις γεωργικές κοινωνίες, χρησιμοποίησαν τεχνητή επιλογή με αυξανόμενο αριθμό φυτικών και ζωικών ειδών.
Εξοικονομούσαν τα ζώα αναπαράγοντας τους γενιά μετά από γενιά, μόνο ζευγάρωμα των απογόνων που επέδειξαν επιθυμητά χαρακτηριστικά. Αυτά τα χαρακτηριστικά εξαρτώνται από το σκοπό του ζώου. Για παράδειγμα, τα σύγχρονα εξημερωμένα άλογα χρησιμοποιούνται συνήθως σε πολλές καλλιέργειες ως ζώα μεταφοράς και ως πακέτα, μέρος μιας ομάδας ζώων που ονομάζεται συνήθως ζώα φορτίου.
Ως εκ τούτου, χαρακτηριστικά γνωρίσματα που οι κτηνοτρόφοι θα μπορούσαν να έχουν αναζητήσει είναι η ελεημοσύνη και η δύναμη, καθώς και η ανθεκτικότητα στο κρύο ή τη ζέστη και η ικανότητα αναπαραγωγής σε αιχμαλωσία.
Οι αρχαίες κοινωνίες χρησιμοποίησαν τη γενετική μηχανική και με άλλους τρόπους εκτός από την τεχνητή επιλογή. Πριν από 6.000 χρόνια, οι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν ζύμη για να ψήνουν το ψωμί και ζύμωναν για να κάνουν κρασί και μπύρα.
Σύγχρονη γενετική μηχανική
Η σύγχρονη γενετική μηχανική συμβαίνει σε ένα εργαστήριο αντί στην εκλεκτική αναπαραγωγή, αφού τα γονίδια αντιγράφονται και μετακινούνται από ένα κομμάτι DNA σε άλλο ή από το κύτταρο ενός οργανισμού σε άλλο DNA του οργανισμού. Αυτό βασίζεται σε ένα δακτύλιο DNA που ονομάζεται a πλασμίδιο.
Πλασμίδια υπάρχουν σε κύτταρα βακτηρίων και ζυμομυκήτων και είναι ξεχωριστά από τα χρωμοσώματα. Αν και αμφότερα περιέχουν DNA, τα πλασμίδια συνήθως δεν είναι απαραίτητα για την επιβίωση του κυττάρου. Ενώ τα βακτηριακά χρωμοσώματα περιέχουν χιλιάδες γονίδια, τα πλασμίδια περιέχουν μόνο τόσα γονίδια όπως θα υπολογίζατε στο ένα χέρι. Αυτό τους καθιστά πολύ πιο απλό να χειραγωγήσουν και να αναλύσουν.
Η ανακάλυψη στη δεκαετία του 1960 περιοριστικές ενδονουκλεάσες, γνωστός και ως ένζυμα περιορισμού, οδήγησε σε μια σημαντική ανακάλυψη στην επεξεργασία γονιδίων. Αυτά τα ένζυμα κόβουν το DNA σε συγκεκριμένες θέσεις στην αλυσίδα του βασικά ζεύγη.
Τα ζεύγη βάσεων είναι τα δεσμευμένα νουκλεοτίδια που αποτελούν τον κλώνο του DNA. Ανάλογα με το είδος των βακτηριδίων, το ένζυμο περιορισμού θα είναι εξειδικευμένο για να αναγνωρίζει και να κόβει διαφορετικές αλληλουχίες ζευγών βάσεων.
Σχετικό περιεχόμενο: Ο ορισμός της μοριακής βιολογίας
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσουν τα περιοριστικά ένζυμα για να κόψουν κομμάτια των πλασμιδικών δακτυλίων. Τότε ήταν σε θέση να εισάγουν DNA από διαφορετική πηγή.
Ένα άλλο ένζυμο που ονομάζεται DNA λιγάση συνδέει το ξένο DNA με το αρχικό πλασμίδιο στο κενό κενό που αφήνεται από την αλληλουχία DNA που λείπει. Το τελικό αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι ένα πλασμίδιο με ένα τμήμα ξένου γονιδίου, το οποίο καλείται a διάνυσμα.
Αν η πηγή του DNA ήταν διαφορετικό είδος, το νέο πλασμίδιο ονομάζεται ανασυνδυασμένο DNA, ή α χίμαιρα. Μόλις το πλασμίδιο επανεισαχθεί στο βακτηριακό κύτταρο, τα νέα γονίδια εκφράζονται σαν να είχε το βακτήριο που είχε πάντα αυτή τη γενετική σύνθεση. Καθώς το βακτήριο αναπαράγεται και πολλαπλασιάζεται, το γονίδιο θα αντιγραφεί επίσης.
Συνδυασμός DNA από δύο είδη
Αν ο στόχος είναι να εισαχθεί το νέο DNA στο κύτταρο ενός οργανισμού που δεν είναι βακτήρια, απαιτούνται διαφορετικές τεχνικές. Ένα από αυτά είναι α γενετικό όπλο, η οποία αναδύει πολύ μικροσκοπικά σωματίδια βαρέων μεταλλικών στοιχείων επικαλυμμένα με το ανασυνδυασμένο ϋΝΑ σε φυτικό ή ζωικό ιστό.
Δύο άλλες τεχνικές απαιτούν την αξιοποίηση της δύναμης των διαδικασιών μολυσματικών ασθενειών. Ένα βακτηριακό στέλεχος που ονομάζεται Agrobacterium tumefaciens μολύνει τα φυτά, προκαλώντας την ανάπτυξη όγκων στο φυτό. Οι επιστήμονες αφαιρούν τα γονίδια που προκαλούν ασθένειες από το πλασμίδιο που είναι υπεύθυνο για τους όγκους, που ονομάζεται Τι, ή πλασμίδιο που επάγει όγκο. Αντικαθιστούν αυτά τα γονίδια με όσα γονίδια επιθυμούν να μεταφέρουν στο φυτό, έτσι ώστε το φυτό να «μολυνθεί» με το επιθυμητό DNA.
Σχετικό περιεχόμενο: Cell Biology: Μια επισκόπηση των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων
Οι ιοί συχνά εισβάλλουν σε άλλα κύτταρα, από βακτήρια σε ανθρώπινα κύτταρα, και εισάγουν το δικό τους DNA. ΕΝΑ ιικό φορέα χρησιμοποιείται από επιστήμονες για τη μεταφορά του DNA σε φυτικό ή ζωικό κύτταρο. Τα γονίδια που προκαλούν ασθένεια απομακρύνονται και αντικαθίστανται με τα επιθυμητά γονίδια, τα οποία μπορεί να περιλαμβάνουν γονίδια σήμανσης για να σηματοδοτήσουν ότι η μεταφορά πραγματοποιήθηκε.
Σύγχρονη Ιστορία της Γενετικής Μηχανικής
Η πρώτη περίπτωση της σύγχρονης γενετικής τροποποίησης ήταν το 1973, όταν ο Herbert Boyer και ο Stanley Cohen μετέφεραν ένα γονίδιο από ένα στέλεχος βακτηρίων σε ένα άλλο. Το γονίδιο κωδικοποιείται για αντοχή στα αντιβιοτικά.
Το επόμενο έτος, οι επιστήμονες δημιούργησαν την πρώτη εμφάνιση ενός γενετικά τροποποιημένου ζώου, όταν οι Rudolf Jaenisch και Beatrice Mintz εισήγαγαν με επιτυχία ξένο DNA σε έμβρυα ποντικών.
Οι επιστήμονες άρχισαν να εφαρμόζουν τη γενετική μηχανική σε ένα ευρύ πεδίο οργανισμών, για έναν αυξανόμενο αριθμό νέων τεχνολογιών. Για παράδειγμα, ανέπτυξαν φυτά με αντίσταση στα ζιζανιοκτόνα, έτσι ώστε οι αγρότες να μπορούν να ψεκάζουν για ζιζάνια χωρίς να βλάπτουν τις καλλιέργειες τους.
Επίσης τροποποίησαν τα τρόφιμα, ειδικά τα λαχανικά και τα φρούτα, έτσι ώστε να μεγαλώνουν πολύ μεγαλύτερα και να διαρκούν περισσότερο από τα μη τροποποιημένα ξαδέλφια τους.
Η σύνδεση μεταξύ γενετικής μηχανικής και βιοτεχνολογίας
Η γενετική μηχανική είναι το θεμέλιο της βιοτεχνολογίας, δεδομένου ότι η βιομηχανία της βιοτεχνολογίας είναι, κατά γενικό κανόνα, ένα τεράστιο πεδίο που περιλαμβάνει τη χρήση άλλων ζωντανών ειδών για τις ανάγκες των ανθρώπων.
Οι πρόγονοί σας από χιλιάδες χρόνια πριν, που εκτρέφονταν επιλεκτικά σκύλους ή ορισμένες καλλιέργειες, χρησιμοποιούσαν τη βιοτεχνολογία. Και οι σύγχρονοι αγρότες και οι κτηνοτρόφοι σκύλων, όπως και κάθε αρτοποιείο ή οινοποιείο.
Σχετικό περιεχόμενο: Πώς να επικοινωνήσετε με τον εκπρόσωπό σας για την αλλαγή του κλίματος
Βιομηχανική Βιοτεχνολογία και Καύσιμα
Βιομηχανική βιοτεχνολογία χρησιμοποιείται για πηγές καυσίμων. εδώ προέρχεται ο όρος "βιοκαύσιμα". Οι μικροοργανισμοί καταναλώνουν λίπη και τα μετατρέπουν σε αιθανόλη, η οποία αποτελεί ανανεώσιμη πηγή καυσίμων.
Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή χημικών προϊόντων με λιγότερα απόβλητα και κόστος από τις παραδοσιακές μεθόδους ή για να καθαρίσουν τις διεργασίες κατασκευής με τη διάσπαση χημικών υποπροϊόντων.
Ιατρικές Βιοτεχνολογικές και Φαρμακευτικές Εταιρείες
Από τις θεραπείες των βλαστοκυττάρων έως τις βελτιωμένες εξετάσεις αίματος σε μια ποικιλία φαρμακευτικών προϊόντων, το πρόσωπο της υγειονομικής περίθαλψης έχει αλλάξει από τη βιοτεχνολογία. Οι εταιρείες ιατρικής βιοτεχνολογίας χρησιμοποιούν μικρόβια για τη δημιουργία νέων φαρμάκων, όπως μονοκλωνικά αντισώματα (αυτά τα φάρμακα χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία ποικίλων καταστάσεων, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου), αντιβιοτικά, εμβόλια και ορμόνες.
Μια σημαντική ιατρική πρόοδος ήταν η ανάπτυξη μιας διαδικασίας για τη δημιουργία συνθετικής ινσουλίνης με τη βοήθεια της γενετικής μηχανικής και των μικροβίων. Το DNA για την ανθρώπινη ινσουλίνη εισάγεται σε βακτήρια, τα οποία αναδιπλασιάζονται και αναπτύσσονται και παράγουν την ινσουλίνη, μέχρι να συλλεχθεί και να καθαριστεί η ινσουλίνη.
Βιοτεχνολογία και αντιπαράθεση
Το 1991, ο Ingo Potrykus χρησιμοποίησε έρευνα για τη γεωργική βιοτεχνολογία για να αναπτύξει ένα είδος ρυζιού που είναι εμπλουτισμένο με β-καροτένιο, το οποίο το σώμα μετατρέπεται σε βιταμίνη Α και είναι ιδανικό για να καλλιεργηθεί σε ασιατικές χώρες, όπου η παιδική τύφλωση από την ανεπάρκεια βιταμίνης Α είναι ιδιαίτερη πρόβλημα.
Η κακή επικοινωνία μεταξύ της επιστημονικής κοινότητας και του κοινού οδήγησε σε μεγάλη διαμάχη σχετικά με τους γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς ή τους ΓΤΟ. Υπήρξε ένας τέτοιος φόβος και κατακραυγή για ένα γενετικώς τροποποιημένο προϊόν διατροφής όπως το Golden Rice, όπως λέγεται, ότι παρά το γεγονός ότι τα φυτά ήταν έτοιμα για διανομή στους ασιανούς αγρότες το 1999, η κατανομή αυτή δεν έχει ακόμη συμβεί.