Περιεχόμενο
- Γενετική τροποποίηση: ορισμός
- Ποια γενετική τροποποίηση δεν είναι
- Είδη γενετικής τροποποίησης
- Κλωνοποίηση γονιδίων
- Παραδείγματα γενετικής τροποποίησης
ΕΝΑ γονίδιο, από μια βασική βιοχημική άποψη, είναι ένα τμήμα του δεοξυριβονουκλεϊνικού οξέος (DNA) μέσα σε κάθε κύτταρο ενός οργανισμού που φέρει τον γενετικό κώδικα για τη συναρμολόγηση ενός συγκεκριμένου προϊόντος πρωτεΐνης. Σε πιο λειτουργικό και δυναμικό επίπεδο, τα γονίδια καθορίζουν ποιοι οργανισμοί - ζώα, φυτά, μύκητες και ακόμη και βακτηρίδια - είναι και σε τι προορίζονται να αναπτυχθούν.
Ενώ η συμπεριφορά των γονιδίων επηρεάζεται από περιβαλλοντικούς παράγοντες (π.χ. διατροφή) και ακόμη και από άλλα γονίδια, η σύνθεση του γενετικού υλικού σας υπαγορεύει σχεδόν τα πάντα για σας, ορατά και αόρατα, από το μέγεθος του σώματός σας έως την ανταπόκρισή σας σε μικροβιακούς εισβολείς , αλλεργιογόνα και άλλους εξωτερικούς παράγοντες.
Η δυνατότητα αλλαγής, τροποποίησης ή μηχανικής γονιδίων με συγκεκριμένους τρόπους θα μπορούσε να εισαγάγει την επιλογή να είναι σε θέση να δημιουργήσουν εξαιρετικά προσαρμοσμένους οργανισμούς - συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων - χρησιμοποιώντας συγκεκριμένους συνδυασμούς DNA που είναι γνωστό ότι περιέχουν συγκεκριμένα γονίδια.
Η διαδικασία αλλαγής ενός οργανισμού γονότυπου (χαλαρά μιλώντας, το άθροισμα των μεμονωμένων γονιδίων του) και ως εκ τούτου το γενετικό "μπλε" είναι γνωστό ως γενετική τροποποίηση. Επίσης λέγεται γενετική μηχανική, αυτό το είδος βιοχημικών ελιγμών έχει μετακινηθεί από τη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας στην πραγματικότητα τις τελευταίες δεκαετίες.
Οι σχετικές εξελίξεις έχουν φορτωθεί τόσο με ενθουσιασμό όσο και με την προοπτική βελτίωσης της ανθρώπινης υγείας και της ποιότητας ζωής, καθώς και με πολλά ακανθώδη και αναπόφευκτα ηθικά ζητήματα σε διάφορα μέτωπα.
Γενετική τροποποίηση: ορισμός
Γενετική τροποποίηση είναι οποιαδήποτε διαδικασία με την οποία τα γονίδια χειρίζονται, αλλάζουν, διαγράφονται ή ρυθμίζονται προκειμένου να ενισχυθεί, να μεταβληθεί ή να προσαρμοστεί ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό ενός οργανισμού. Είναι η χειραγώγηση των χαρακτηριστικών στο απόλυτο ριζικό - ή κυτταρικό - επίπεδο.
Εξετάστε τη διαφορά ανάμεσα στο τυπικό στυλ της τρίχας σας με ένα συγκεκριμένο τρόπο και στην πραγματικότητα να είστε σε θέση να ελέγξετε τις τρίχες σας χρώμα, μήκος και γενική διάταξη (π.χ. ευθεία έναντι κουλουράκι) χωρίς τη χρήση προϊόντων φροντίδας των μαλλιών, αντλώντας αντ 'αυτού δίνοντας αόρατα συστατικά των οδηγιών του σώματός σας σχετικά με τον τρόπο επίτευξης και εξασφάλισης ενός επιθυμητού καλλυντικού αποτελέσματος και αποκτάτε την αίσθηση της γενετικής τροποποίησης.
Επειδή όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί περιέχουν DNA, η γενετική μηχανική μπορεί να πραγματοποιηθεί σε όλους τους οργανισμούς, από τα βακτηρίδια έως τα φυτά έως τα ανθρώπινα όντα.
Καθώς το διαβάζετε αυτό, ο τομέας της γενετικής μηχανικής αναπτύσσεται με νέες δυνατότητες και πρακτικές στους τομείς της γεωργίας, της ιατρικής, της βιομηχανίας και άλλων τομέων.
Ποια γενετική τροποποίηση δεν είναι
Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη διαφορά μεταξύ κυριολεκτικά αλλαγών γονιδίων και συμπεριφοράς με τρόπο που εκμεταλλεύεται ένα υπάρχον γονίδιο.
Πολλά γονίδια δεν λειτουργούν ανεξάρτητα από το περιβάλλον στο οποίο ζει ο μητρικός οργανισμός. Οι διατροφικές συνήθειες, τα διάφορα είδη τόνων (π.χ. χρόνιες ασθένειες που μπορεί να έχουν ή όχι γενετική βάση) και άλλα αντικείμενα που αντιμετωπίζουν συνήθως οι οργανισμοί μπορούν να επηρεάσουν την γονιδιακή έκφραση ή το επίπεδο στο οποίο τα γονίδια χρησιμοποιούνται για την παρασκευή των πρωτεϊνικών προϊόντων για τις οποίες κωδικοποιούν.
Εάν προέρχεστε από μια οικογένεια ανθρώπων οι οποίοι είναι γενετικά διατεθειμένοι να είναι ψηλότεροι και βαρύτεροι από τον μέσο όρο και επιθυμείτε μια αθλητική σταδιοδρομία σε ένα άθλημα που ευνοεί τη δύναμη και το μέγεθος όπως το μπάσκετ ή το χόκεϊ, μπορείτε να σηκώσετε τα βάρη και να φάτε ένα ισχυρό ποσό των τροφίμων για να μεγιστοποιήσετε τις πιθανότητές σας να είστε όσο το δυνατόν μεγαλύτεροι και ισχυρότεροι.
Αλλά αυτό είναι διαφορετικό από το να είσαι σε θέση να εισάγεις νέα γονίδια στο DNA σου που ουσιαστικά εγγυώνται ένα προβλέψιμο επίπεδο ανάπτυξης μυών και οστών και τελικά έναν άνθρωπο με όλα τα τυπικά χαρακτηριστικά ενός αθλητικού αστέρος.
Είδη γενετικής τροποποίησης
Υπάρχουν πολλοί τύποι τεχνικών γενετικής μηχανικής και δεν απαιτούνται όλοι οι χειρισμοί γενετικού υλικού χρησιμοποιώντας εξελιγμένο εργαστηριακό εξοπλισμό.
Στην πραγματικότητα, κάθε διαδικασία που περιλαμβάνει τον ενεργό και συστηματικό χειρισμό ενός οργανισμού γενετική δεξαμενή, ή το άθροισμα των γονιδίων σε οποιοδήποτε πληθυσμό που αναπαράγεται με αναπαραγωγή (δηλ., σεξουαλικά), χαρακτηρίζεται ως γενετική μηχανική. Ορισμένες από αυτές τις διαδικασίες, βέβαια, είναι πράγματι στην αιχμή της τεχνολογίας.
Τεχνητή επιλογή: Ονομάζεται επίσης απλή επιλογή ή εκλεκτική αναπαραγωγή, η τεχνητή επιλογή είναι η επιλογή γονικών οργανισμών με γνωστό γονότυπο για την παραγωγή απογόνων σε ποσότητες που δεν θα συνέβαιναν εάν η φύση μόνο ήταν μηχανικός ή τουλάχιστον θα εμφανίζονταν σε πολύ μεγαλύτερες χρονικές κλίμακες.
Όταν οι κτηνοτρόφοι ή οι κτηνοτρόφοι σκύλων επιλέγουν τα φυτά ή τα ζώα για να αναπαράγουν προκειμένου να εξασφαλίσουν τους απογόνους με ορισμένα χαρακτηριστικά που οι άνθρωποι θεωρούν επιθυμητά για κάποιο λόγο, ασκούν μια καθημερινή μορφή γενετικής τροποποίησης.
Επαγόμενη μεταλλαξογένεση: Αυτή είναι η χρήση ακτίνων Χ ή χημικών ουσιών για την πρόκληση μεταλλάξεων (μη προγραμματισμένες, συχνά αυθόρμητες αλλαγές στο DNA) σε συγκεκριμένα γονίδια ή ακολουθίες DNA βακτηριδίων. Μπορεί να οδηγήσει στην ανακάλυψη γονιδιακών παραλλαγών που αποδίδουν καλύτερα (ή αν είναι απαραίτητο, χειρότερα) από το γονίδιο "φυσιολογικό". Αυτή η διαδικασία μπορεί να βοηθήσει στη δημιουργία νέων "γραμμών" οργανισμών.
Οι μεταλλάξεις, αν και συχνά επιβλαβείς, αποτελούν επίσης τη θεμελιώδη πηγή γενετικής ποικιλότητας στη ζωή στη Γη. Ως αποτέλεσμα, η επαγωγή τους σε μεγάλους αριθμούς, ενώ είναι βέβαιο ότι θα δημιουργήσουν πληθυσμούς λιγότερο προσαρμοσμένων οργανισμών, αυξάνει επίσης την πιθανότητα μιας ωφέλιμης μετάλλαξης, η οποία στη συνέχεια μπορεί να αξιοποιηθεί για ανθρώπινες ανάγκες χρησιμοποιώντας πρόσθετες τεχνικές.
Ιικοί ή πλασμιδικοί φορείς: Οι επιστήμονες μπορούν να εισαγάγουν ένα γονίδιο σε έναν φάγο (έναν ιό που μολύνει τα βακτήρια ή τους προκαρυωτικούς συγγενείς τους, το Archaea) ή έναν φορέα πλασμιδίου και στη συνέχεια να τοποθετήσουν το τροποποιημένο πλασμίδιο ή φάγο σε άλλα κύτταρα προκειμένου να εισαχθεί το νέο γονίδιο σε αυτά τα κύτταρα.
Οι εφαρμογές αυτών των διεργασιών περιλαμβάνουν την αύξηση της αντοχής σε ασθένειες, την υπέρβαση της ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά και τη βελτίωση της ικανότητας των οργανισμών να αντιστέκονται στους περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως οι ακραίες θερμοκρασίες και οι τοξίνες.Εναλλακτικά, η χρήση τέτοιων διανυσμάτων μπορεί να ενισχύσει ένα υπάρχον χαρακτηριστικό αντί να δημιουργήσει ένα νέο.
Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία αναπαραγωγής φυτών, ένα φυτό μπορεί να «παραγγελθεί» για να ανθίσει πιο συχνά ή τα βακτηρίδια μπορούν να προκληθούν παράγουν πρωτεΐνη ή χημική ουσία που κανονικά δεν θα είχαν.
Ρετροϊικοί φορείς: Εδώ, τμήματα DNA που περιέχουν συγκεκριμένα γονίδια τοποθετούνται σε αυτά τα ειδικά είδη ιών, τα οποία στη συνέχεια μεταφέρουν το γενετικό υλικό στα κύτταρα ενός άλλου οργανισμού. Αυτό το υλικό ενσωματώνεται στο γονιδίωμα του ξενιστή έτσι ώστε να μπορεί να εκφραστεί μαζί με το υπόλοιπο DNA σε αυτόν τον οργανισμό.
Με απλά λόγια, αυτό περιλαμβάνει την απομάκρυνση ενός κλώνου ϋΝΑ ξενιστή χρησιμοποιώντας ειδικά ένζυμα, εισάγοντας το νέο γονίδιο στο κενό που δημιουργείται από την αποκοπή και σύνδεση του ϋΝΑ και στα δύο άκρα του γονιδίου στο ϋΝΑ του ξενιστή.
Τεχνολογία "χτύπημα": Όπως υποδηλώνει και το όνομά του, αυτός ο τύπος τεχνολογίας επιτρέπει την πλήρη ή μερική διαγραφή ορισμένων τμημάτων του DNA ή ορισμένων γονιδίων ("knock out"). Κατά παρόμοιο τρόπο, οι ανθρώπινοι μηχανικοί πίσω από αυτή τη μορφή γενετικής τροποποίησης μπορούν να επιλέξουν πότε και πώς να ενεργοποιήσουν ("χτυπήσουν") ένα νέο τμήμα DNA ή ένα νέο γονίδιο.
Ένεση γονιδίων σε εκκολαπτόμενους οργανισμούς: Η έγχυση γονιδίων ή φορέων που περιέχουν γονίδια σε ωάρια (ωοκύτταρα) μπορεί να ενσωματώσει τα νέα γονίδια στο γονιδίωμα του αναπτυσσόμενου εμβρύου, τα οποία ως εκ τούτου εκφράζονται στον οργανισμό που τελικά προκύπτουν.
Κλωνοποίηση γονιδίων
Κλωνοποίηση γονιδίων είναι ένα παράδειγμα χρήσης πλασμιδικών φορέων. Τα πλασμίδια, τα οποία είναι κυκλικά κομμάτια του DNA, εξάγονται από ένα κύτταρο βακτηρίων ή ζυμομυκήτων. Τα περιοριστικά ένζυμα, τα οποία είναι πρωτεΐνες που «κόβουν» το DNA σε συγκεκριμένα σημεία κατά μήκος του μορίου, χρησιμοποιούνται για να σπάσουν το DNA, δημιουργώντας ένα γραμμικό κλώνο από το κυκλικό μόριο. Στη συνέχεια, το DNA για το επιθυμητό γονίδιο "επικολλάται" στο πλασμίδιο, το οποίο εισάγεται σε άλλα κύτταρα.
Τέλος, αυτά τα κύτταρα αρχίζουν να διαβάζουν και να κωδικοποιούν το γονίδιο που προστέθηκε τεχνητά στο πλασμίδιο.
Σχετικό περιεχόμενο: RNA Ορισμός, λειτουργία, δομή
Η γονιδιακή κλωνοποίηση περιλαμβάνει τέσσερα βασικά βήματα. Στο παρακάτω παράδειγμα, ο στόχος σας είναι να δημιουργήσετε ένα στέλεχος Ε. Coli βακτήρια που ανάβουν στο σκοτάδι. (Συνήθως, αυτά τα βακτηρίδια δεν διαθέτουν αυτή την ιδιότητα · εάν το έκαναν, τα μέρη όπως τα συστήματα αποχέτευσης σε όλο τον κόσμο και πολλές από τις φυσικές τους οδούς θα είχαν διαφορετικό χαρακτήρα. Ε. Coli κυριαρχούν στον ανθρώπινο γαστρεντερικό σωλήνα.)
1. Απομονώστε το επιθυμητό DNA. Πρώτον, πρέπει να βρείτε ή να δημιουργήσετε ένα γονίδιο που να κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη με την απαιτούμενη ιδιότητα - στην περίπτωση αυτή, που λάμπει στο σκοτάδι. Ορισμένες μεδάλες καθιστούν τέτοιες πρωτεΐνες και το υπεύθυνο γονίδιο έχει ταυτοποιηθεί. Αυτό το γονίδιο ονομάζεται στοχευόμενο DNA. Ταυτόχρονα, πρέπει να προσδιορίσετε ποιο πλασμίδιο θα χρησιμοποιήσετε. αυτό είναι το DNA φορέα.
2. Διαχωρίστε το DNA χρησιμοποιώντας ένζυμα περιορισμού. Αυτές οι προαναφερθείσες πρωτεΐνες, που ονομάζονται επίσης περιοριστικές ενδονουκλεάσες, είναι άφθονα στον βακτηριακό κόσμο. Σε αυτό το βήμα, χρησιμοποιείτε την ίδια ενδονουκλεάση για να κόψετε τόσο το DNA στόχου όσο και το DNA του φορέα.
Μερικά από αυτά τα ένζυμα κόβουν κατ 'ευθείαν και τα δύο σκέλη του μορίου του DNA, ενώ σε άλλες περιπτώσεις κάνουν μια "κλιμακωτή" αποκοπή, αφήνοντας εκτεθειμένα μικρά μήκη μονόκλωνου DNA. Οι τελευταίοι καλούνται κολλώδη άκρα.
3. Συνδυάστε το στοχευόμενο DNA και το DNA του φορέα. Τώρα βάζετε τα δύο είδη DNA μαζί με ένα ένζυμο που ονομάζεται DNA λιγάση, το οποίο λειτουργεί ως περίπλοκο είδος κόλλας. Αυτό το ένζυμο αντιστρέφει το έργο των ενδονουκλεασών συνδέοντας τα άκρα των μορίων μαζί. Το αποτέλεσμα είναι α χίμαιρα, ή ένα κλώνο του ανασυνδυασμένο DNA.
4. Εισάγετε το ανασυνδυασμένο DNA στο κύτταρο ξενιστή. Τώρα, έχετε το γονίδιο που χρειάζεστε και ένα μέσο για να το μεταφέρετε στο σημείο όπου ανήκει. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι να το κάνετε αυτό, μεταξύ τους μεταμόρφωση, στην οποία τα λεγόμενα ικανά κύτταρα σαρώνουν το νέο DNA, και ηλεκτροδιάτρηση, στην οποία χρησιμοποιείται ένας παλμός ηλεκτρικού ρεύματος για να διακόψει σύντομα την κυτταρική μεμβράνη για να επιτρέψει στο μόριο του DNA να εισέλθει στο κύτταρο.
Παραδείγματα γενετικής τροποποίησης
Τεχνητή επιλογή: Οι κτηνοτρόφοι σκύλων μπορούν να επιλέξουν διαφορετικά χαρακτηριστικά, κυρίως χρώμα παλτό. Εάν ένας συγκεκριμένος κτηνοτρόφος Labrador Retrievers διαπιστώσει αύξηση της ζήτησης για ένα συγκεκριμένο χρώμα της φυλής, μπορεί να αναπαράγει συστηματικά το εν λόγω χρώμα.
Γονιδιακή θεραπεία: Σε κάποιον με ελαττωματικό γονίδιο, ένα αντίγραφο του γονιδίου εργασίας μπορεί να εισαχθεί σε εκείνα τα άτομα κύτταρα έτσι ώστε η απαιτούμενη πρωτεΐνη να μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας ξένο DNA.
ΓΤ καλλιέργειες: Οι μέθοδοι καλλιέργειας γενετικής τροποποίησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία γενετικά τροποποιημένων (GM) καλλιεργειών όπως φυτά ανθεκτικά στα ζιζανιοκτόνα, καλλιέργειες που αποφέρουν περισσότερα φρούτα σε σύγκριση με τη συμβατική αναπαραγωγή, ΓΤ φυτά ανθεκτικά στο κρύο, καλλιέργειες με βελτιωμένη συνολική απόδοση συγκομιδής, μια υψηλότερη θρεπτική αξία και ούτω καθεξής.
Γενικότερα, στον 21ο αιώνα, οι γενετικώς τροποποιημένοι οργανισμοί (ΓΤΟ) έχουν αναπτυχθεί σε ένα ζήτημα θερμών κομματιών στις ευρωπαϊκές και αμερικανικές αγορές, λόγω τόσο της ανησυχίας για την ασφάλεια των τροφίμων όσο και της ηθικής που αφορά τη γενετική τροποποίηση των καλλιεργειών.
Γενετικά τροποποιημένα ζώα: Ένα παράδειγμα γενετικά τροποποιημένων τροφών στον κόσμο της κτηνοτροφίας είναι τα κοτόπουλα αναπαραγωγής που μεγαλώνουν και γίνονται ταχύτερα για να παράγουν περισσότερο κρέας στο στήθος. Οι πρακτικές τεχνολογίας ανασυνδυασμένου DNA όπως αυτές προκαλούν ανησυχίες ηθικής λόγω του πόνου και της ενόχλησης που μπορεί να προκαλέσει στα ζώα.
Τροποποίηση γονιδίων: Ένα παράδειγμα επεξεργασίας γονιδίων ή επεξεργασίας γονιδιώματος είναι CRISPR, ή συσσωρευμένες τακτικές, βραχυχρόνιες παλινδρομικές επαναλήψεις. Αυτή η διαδικασία "δανείζεται" από μια μέθοδο που χρησιμοποιούνται από τα βακτηρίδια για να υπερασπιστούν τον εαυτό τους από τους ιούς. Περιλαμβάνει πολύ στοχευμένη γενετική τροποποίηση διαφορετικών τμημάτων του στοχευόμενου γονιδιώματος.
Στο CRISPR, οδηγό ριβονουκλεϊκό οξύ (gRNA), ένα μόριο με την ίδια αλληλουχία με τη θέση στόχου στο γονιδίωμα, συνδυάζεται στο κύτταρο ξενιστή με μία ενδονουκλεάση αποκαλούμενη Cas9. Το gRNA θα δεσμευτεί στη θέση του ϋΝΑ στόχου, σύροντας το Cas9 μαζί με αυτό. Αυτή η επεξεργασία γονιδιώματος μπορεί να οδηγήσει στο «χτύπημα» ενός κακού γονιδίου (όπως μια παραλλαγή που εμπλέκεται στην πρόκληση καρκίνου) και σε ορισμένες περιπτώσεις επιτρέπει στο κακό γονίδιο να αντικατασταθεί με μια επιθυμητή παραλλαγή.