Co to są GMO i jak są wytwarzane?

GMO to skrót od „organizm genetycznie zmodyfikowany”. Modyfikacja genetyczna istnieje od dziesięcioleci i jest najskuteczniejszym i najszybszym sposobem na stworzenie rośliny lub zwierzęcia o określonej cechy lub Charakterystyka. Umożliwia precyzyjne, specyficzne zmiany w sekwencji DNA. Ponieważ DNA zasadniczo obejmuje plan dla całego organizmu, zmiany w DNA zmieniają to, czym jest organizm i co może zrobić. Techniki manipulacji DNA zostały opracowane dopiero w ciągu ostatnich 40 lat.

Jak modyfikujesz organizm genetycznie? W rzeczywistości jest to dość szerokie pytanie. Organizm może być rośliną, zwierzęciem, grzybem lub bakterią, a wszystkie z nich mogą być genetycznie modyfikowane przez prawie 40 lat. Pierwszymi genetycznie zmodyfikowanymi organizmami były bakterie na początku lat siedemdziesiątych. Od tego czasu bakterie zmodyfikowane genetycznie stały się końmi roboczymi setek tysięcy laboratoriów dokonujących modyfikacji genetycznych zarówno u roślin, jak i zwierząt. Większość podstawowych przetasowań genów i modyfikacji jest projektowanych i przygotowywanych przy użyciu bakterii, głównie niektórych odmian

Ogólne podejście do genetycznie zmieniających roślin, zwierząt lub drobnoustrojów jest koncepcyjnie bardzo podobne. Istnieją jednak pewne różnice w poszczególnych technikach z powodu ogólnych różnic między komórkami roślinnymi i zwierzęcymi. Na przykład komórki roślinne mają ściany komórkowe i komórki zwierzęce nie.

Zwierzęta modyfikowane genetycznie służą głównie do celów badawczych, gdzie są często wykorzystywane jako modelować systemy biologiczne do opracowywania leków. Niektóre zwierzęta genetycznie zmodyfikowane zostały opracowane do innych celów komercyjnych, takich jak ryba fluorescencyjna jako zwierzęta domowe i genetycznie zmodyfikowane komary, aby pomóc kontrolować komary przenoszące choroby. Są to jednak stosunkowo ograniczone zastosowania poza podstawowymi badaniami biologicznymi. Jak dotąd żadne genetycznie zmodyfikowane zwierzęta nie zostały zatwierdzone jako źródło pożywienia. Wkrótce jednak może się to zmienić wraz z AquaAdvantage Salmon, który przechodzi przez proces zatwierdzania.

W przypadku roślin sytuacja wygląda jednak inaczej. Podczas gdy wiele roślin jest modyfikowanych do badań, celem większości modyfikacji genetycznych upraw jest uczynienie szczepu rośliny, który będzie korzystny z handlowego lub społecznego punktu widzenia. Na przykład, plony można zwiększyć, jeśli rośliny są zaprojektowane z lepszą odpornością na szkodnika wywołującego chorobę, takiego jak Rainbow Papayalub zdolność do wzrostu w niegościnnym, być może zimniejszym regionie. Owoce, które dłużej dojrzewają, takie jak Niekończące się letnie pomidory, zapewnia więcej czasu na półkę po zbiorach do użycia. Ponadto cechy, które zwiększają wartość odżywczą, takie jak Złoty Ryż zaprojektowany, aby być bogaty w witaminę A lub przydatność owoców, takich jak niebrązowienie Jabłka arktyczne zostały również wykonane.

Zasadniczo można wprowadzić dowolną cechę, która może zostać zamanifestowana przez dodanie lub zahamowanie określonego genu. Można również zarządzać cechami wymagającymi wielu genów, ale wymaga to bardziej skomplikowanego procesu, który nie został jeszcze osiągnięty w przypadku upraw komercyjnych.

Przed wyjaśnieniem, w jaki sposób nowe geny są wprowadzane do organizmów, ważne jest, aby zrozumieć, czym jest gen. Jak wielu zapewne wie, geny są zbudowane z DNA, który częściowo składa się z czterech zasad powszechnie uznawanych za proste A, T, C, G. Liniową kolejność tych zasad w rzędzie w dół łańcucha DNA genu można traktować jako kod określonego białka, podobnie jak litery w wierszu kodu tekstowego dla zdania.

Białka to duże cząsteczki biologiczne zbudowane z aminokwasów połączonych ze sobą w różnych kombinacjach. Gdy właściwa kombinacja aminokwasów jest ze sobą połączona, łańcuch aminokwasowy składa się razem w białko o określonym kształcie i odpowiednich właściwościach chemicznych, aby umożliwić mu wykonanie określonej funkcji lub odczyn. Żywe stworzenia składają się głównie z białek. Niektóre białka są enzymami katalizującymi reakcje chemiczne; inne transportują materiał do komórek, a niektóre działają jak przełączniki aktywujące lub dezaktywujące inne białka lub kaskady białek. Tak więc, kiedy wprowadzany jest nowy gen, nadaje komórce sekwencję kodu, aby umożliwić jej wytworzenie nowego białka.

W roślinach i komórkach zwierzęcych prawie całe DNA jest uporządkowane w kilku długich niciach zwiniętych w chromosomy. Geny są właściwie tylko małymi odcinkami długiej sekwencji DNA, która tworzy chromosom. Za każdym razem, gdy komórka się replikuje, najpierw wszystkie chromosomy są replikowane. Jest to centralny zestaw instrukcji dla komórki, a każda komórka potomna otrzymuje kopię. Tak więc, aby wprowadzić nowy gen, który umożliwia komórce wytworzenie nowego białka, które nadaje określoną cechę, wystarczy wstawić trochę DNA do jednej z długich nici chromosomowych. Po wstawieniu DNA zostanie przekazane do dowolnych komórek potomnych, gdy zostaną one zreplikowane, tak jak wszystkie inne geny.

W rzeczywistości pewne rodzaje DNA mogą być utrzymywane w komórkach oddzielnych od chromosomów, a geny mogą być wprowadzane przy użyciu tych struktur, dzięki czemu nie integrują się z chromosomalnym DNA. Jednak przy takim podejściu, ponieważ chromosomalny DNA komórki ulega zmianie, zwykle nie jest zachowywany we wszystkich komórkach po kilku replikacjach. Do trwałej i dziedzicznej modyfikacji genetycznej, takiej jak procesy stosowane w inżynierii upraw, stosuje się modyfikacje chromosomowe.

Inżynieria genetyczna po prostu odnosi się do wstawienia nowej sekwencji zasad DNA (zwykle odpowiadającej całemu genowi) do chromosomalnego DNA organizmu. Może to wydawać się koncepcyjnie proste, ale technicznie staje się nieco bardziej skomplikowane. Istnieje wiele szczegółów technicznych związanych z uzyskaniem właściwej sekwencji DNA z odpowiednimi sygnałami do chromosom we właściwym kontekście, który umożliwia komórkom rozpoznanie go, jest genem i wykorzystanie go do stworzenia nowego białko.

Istnieją cztery kluczowe elementy, które są wspólne dla prawie wszystkich procedur inżynierii genetycznej:

1. Po pierwsze potrzebujesz genu. Oznacza to, że potrzebujesz fizycznej cząsteczki DNA z konkretnymi sekwencjami zasad. Tradycyjnie sekwencje te uzyskano bezpośrednio z organizmu przy użyciu dowolnej z kilku pracochłonnych technik. W dzisiejszych czasach, zamiast ekstrahować DNA z organizmu, naukowcy zwykle po prostu syntetyzują podstawowe chemikalia A, T, C, G. Po uzyskaniu sekwencję można wstawić do bakteryjnego DNA, który jest jak mały chromosom (plazmid), a ponieważ bakterie szybko się replikują, można wytworzyć tyle genu, ile potrzeba.
2. Gdy masz gen, musisz umieścić go w nici DNA otoczonej odpowiednią otaczającą sekwencją DNA, aby umożliwić komórce rozpoznanie go i ekspresję. Zasadniczo oznacza to, że potrzebujesz małej sekwencji DNA zwanej promotorem, która sygnalizuje komórce ekspresję genu.
3. Oprócz głównego genu, który ma zostać wstawiony, często potrzebny jest drugi gen, aby zapewnić marker lub selekcję. Ten drugi gen jest zasadniczo narzędziem służącym do identyfikacji komórek zawierających gen.
4. Wreszcie, konieczne jest opracowanie metody dostarczania nowego DNA (tj. Promotora, nowego genu i markera selekcyjnego) do komórek organizmu. Można to zrobić na wiele sposobów. W przypadku roślin moim ulubionym jest pistolet genowy podejście wykorzystujące zmodyfikowany karabin 22 do wystrzeliwania powleczonych DNA cząstek wolframu lub złota do komórek.

W przypadku komórek zwierzęcych istnieje wiele odczynniki do transfekcji które pokrywają lub kompleksują DNA i umożliwiają mu przejście przez błony komórkowe. DNA jest również często łączone ze sobą zmodyfikowane wirusowe DNA że można go wykorzystać jako wektor genowy do przeniesienia genu do komórek. Zmodyfikowany wirusowy DNA można kapsułkować z normalnymi białkami wirusowymi w celu wytworzenia pseudowirusa, który może infekować komórki i wstawiać DNA niosący gen, ale nie może się replikować w celu wytworzenia nowego wirusa.

W przypadku wielu roślin dwuliściennych gen można umieścić w zmodyfikowanym wariancie nośnika T-DNA bakterii Agrobacterium tumefaciens. Istnieje również kilka innych podejść. Jednak u większości tylko niewielka liczba komórek podnosi gen, co sprawia, że ​​selekcja skonstruowanych komórek jest kluczową częścią tego procesu. Właśnie dlatego gen selekcyjny lub markerowy jest zwykle konieczny.

GMO jest organizmem z milionami komórek, a powyższa technika opisuje tak naprawdę tylko sposób genetycznej inżynierii pojedynczych komórek. Jednak proces generowania całego organizmu zasadniczo polega na zastosowaniu tych technik inżynierii genetycznej na komórkach płciowych (tj. Plemnikach i komórkach jajowych). Po wstawieniu kluczowego genu, pozostała część procesu zasadniczo wykorzystuje techniki hodowli genetycznej do produkcji roślin lub zwierząt, które zawierają nowy gen we wszystkich komórkach w ich ciele. Inżynieria genetyczna jest właśnie wykonywana na komórkach. Biologia zajmuje się resztą.