Kas ir ĢMO un kā tie tiek ražoti?

ĢMO nozīmē "ģenētiski modificēts organisms". Ģenētiskā modifikācija pastāv jau vairākus gadu desmitus un ir visefektīvākais un ātrākais veids, kā izveidot augu vai dzīvnieku ar īpašu iezīmi vai raksturīga. Tas ļauj precīzi, specifiski mainīt DNS secību. Tā kā DNS būtībā satur visa organisma projektu, izmaiņas DNS mainās, kas ir organisms un ko viņš var darīt. Paņēmieni manipulēšanai ar DNS tika izstrādāti tikai pēdējos 40 gados.

Kā jūs ģenētiski modificējat organismu? Faktiski tas ir diezgan plašs jautājums. Organisms var būt augs, dzīvnieks, sēne vai baktērijas, un tie visi var būt ģenētiski inženierijas ceļā un ir bijuši gandrīz 40 gadus. Pirmie bija ģenētiski inženierijas organismi baktērijas 70. gadu sākumā. Kopš tā laika ģenētiski modificētās baktērijas ir kļuvušas par simtiem tūkstošu laboratoriju, kas veic ģenētiskas modifikācijas gan augiem, gan dzīvniekiem. Lielākā daļa pamata gēnu maiņas un modifikāciju ir projektētas un sagatavotas, izmantojot baktērijas, galvenokārt dažas to variācijas E. koli, pēc tam pārnes uz mērķorganismiem.

Vispārējā pieeja ģenētiski mainīgiem augiem, dzīvniekiem vai mikrobiem ir konceptuāli diezgan līdzīga. Tomēr īpašajās metodēs pastāv dažas atšķirības, ņemot vērā vispārējās atšķirības starp augu un dzīvnieku šūnām. Piemēram, augu šūnām ir šūnu sienas un dzīvnieku šūnas to nedara.

Ģenētiski modificēti dzīvnieki galvenokārt ir paredzēti tikai pētniecības vajadzībām, ja tos bieži izmanto kā dzīvniekus bioloģisko sistēmu paraugs narkotiku izstrādei. Ir daži ģenētiski modificēti dzīvnieki, kas izstrādāti citiem komerciāliem mērķiem, piemēram, dienasgaismas zivis kā mājdzīvnieki un ģenētiski modificēti odi, lai palīdzētu kontrolēt slimības pārnēsājošos odus. Tomēr tie ir salīdzinoši ierobežoti pielietojumi ārpus bioloģiskajiem pamatpētījumiem. Līdz šim neviens ģenētiski modificēts dzīvnieks nav apstiprināts par pārtikas avotu. Tomēr drīz tas var mainīties ar AquaAdvantage Salmon, kurš gatavojas apstiprināšanas procesam.

Tomēr ar augiem situācija ir atšķirīga. Kaut arī daudzus augus modificē pētniecībai, vairuma kultūraugu ģenētisko modifikāciju mērķis ir padarīt komerciāli vai sociāli izdevīgus augu celmus. Piemēram, ražu var palielināt, ja augi tiek konstruēti ar uzlabotu izturību pret tādu slimību izraisošiem kaitēkļiem kā Varavīksnes papaija, vai arī spēja augt neapdzīvotā, varbūt aukstākā reģionā. Augļi, kas ilgāk paliek nogatavojušies, piemēram, Bezgalīgi vasaras tomāti, nodrošina vairāk laika glabāšanas laikam pēc ražas novākšanas lietošanai. Arī īpašības, kas uzlabo uzturvērtību, piemēram, Zelta rīsi Paredzēts A vitamīnam vai augļu noderīgumam, piemēram, brūnumam Arktiskie āboli ir arī veikti.

Būtībā var ieviest jebkuru pazīmi, kas var izpausties, pievienojot vai inhibējot noteiktu gēnu. Var pārvaldīt arī pazīmes, kurām nepieciešami vairāki gēni, taču tas prasa sarežģītāku procesu, kas vēl nav panākts ar komerciālām kultūrām.

Pirms izskaidrot, kā jaunie gēni tiek ievietoti organismos, ir svarīgi saprast, kas ir gēns. Kā daudzi droši vien zina, gēni ir izgatavoti no DNS, kas daļēji sastāv no četrām bāzēm, kuras parasti apzīmē vienkārši A, T, C, G. Šo bāzu lineāro secību pēc kārtas gēna DNS virknē var uzskatīt par konkrēta proteīna kodu, tāpat kā burtus teikuma teksta koda rindiņā.

Olbaltumvielas ir lielas bioloģiskas molekulas, kas izgatavotas no aminoskābēm, kas savstarpēji savienotas dažādās kombinācijās. Kad pareizā aminoskābju kombinācija ir savienota kopā, aminoskābju ķēde salocās kopā olbaltumvielā ar noteiktu formu un pareizajām ķīmiskajām īpašībām kopā, lai tā varētu veikt noteiktu funkciju vai reakcija. Dzīvās lietas galvenokārt sastāv no olbaltumvielām. Daži proteīni ir fermenti, kas katalizē ķīmiskās reakcijas; citi transportē materiālu šūnās, un daži darbojas kā slēdži, aktivizējot vai deaktivizējot citas olbaltumvielas vai olbaltumvielu kaskādes. Tātad, ieviešot jaunu gēnu, tas piešķir šūnai koda secību, lai tā varētu radīt jaunu olbaltumvielu.

Augu un dzīvnieku šūnās gandrīz visa DNS tiek sakārtota vairākās garās šķipsnās, kas nonāk hromosomās. Gēni patiesībā ir tikai nelielas DNS garas sekvences sadaļas, kas veido hromosomu. Katru reizi, kad šūna replicējas, vispirms tiek replicētas visas hromosomas. Šis ir šūnas centrālais instrukciju komplekts, un katra pēcnācēju šūna saņem kopiju. Tātad, lai ieviestu jaunu gēnu, kas ļauj šūnai izgatavot jaunu olbaltumvielu, kas piešķir noteiktu iezīmi, vienkārši jāievieto mazliet DNS vienā no garajām hromosomu šķiedrām. Pēc ievietošanas DNS tiks nodota visām meitas šūnām, kad tās šūnas replicēsies tāpat kā visi pārējie gēni.

Faktiski noteikti DNS veidi var uzturēt šūnās atsevišķi no hromosomām, un, izmantojot šīs struktūras, var ieviest gēnus, tāpēc tās neintegrējas hromosomu DNS. Tomēr, ievērojot šo pieeju, jo mainās šūnas hromosomu DNS, pēc vairākām replikācijām parasti netiek saglabāta visās šūnās. Pastāvīgai un iedzimtai ģenētiskai modifikācijai, piemēram, procesiem, kurus izmanto kultūraugu inženierijai, tiek izmantotas hromosomu modifikācijas.

Ģenētiskā inženierija vienkārši attiecas uz jaunas DNS bāzes sekvences (parasti atbilstošas ​​veselam gēnam) ievietošanu organisma hromosomā DNS. Tas var šķist konceptuāli saprotams, bet tehniski tas ir nedaudz sarežģītāk. Pareizas DNS sekvences ar pareiziem signāliem ievadīšanā ir iesaistītas daudzas tehniskas detaļas hromosoma pareizajā kontekstā, kas ļauj šūnām atpazīt, ka tas ir gēns, un izmantot to jauna veidošanai olbaltumvielas.

Ir četri galvenie elementi, kas ir kopīgi gandrīz visām gēnu inženierijas procedūrām:

1. Pirmkārt, jums ir nepieciešams gēns. Tas nozīmē, ka jums ir nepieciešama fizikālā DNS molekula ar noteiktām bāzes sekvencēm. Tradicionāli šīs sekvences tika iegūtas tieši no organisma, izmantojot kādu no vairākām darbietilpīgām metodēm. Mūsdienās zinātnieki, nevis ekstrahējot DNS no organisma, parasti sintezē no pamata A, T, C, G pamata ķīmiskajām vielām. Pēc iegūšanas secību var ievietot baktēriju DNS gabalā, kas ir kā maza hromosoma (plazmīda), un, tā kā baktērijas ātri replicējas, var izgatavot tik daudz gēna, cik nepieciešams.
2. Kad jums ir gēns, jums tas jāievieto DNS virknē, kas ir apņemts ar labo apkārtējo DNS secību, lai šūna varētu to atpazīt un izteikt. Principā tas nozīmē, ka jums nepieciešama neliela DNS sekvence, ko sauc par promotoru, kas signalizē šūnai, lai izteiktu gēnu.
3. Papildus galvenajam gēnam, kuru paredzēts ievietot, marķiera vai atlases nodrošināšanai bieži ir nepieciešams otrs gēns. Šis otrais gēns būtībā ir līdzeklis, ko izmanto, lai identificētu šūnas, kas satur gēnu.
4. Visbeidzot, ir nepieciešama metode, kā jaunas DNS (t.i., veicinātāju, jaunu gēnu un selekcijas marķieri) nogādāt organisma šūnās. Ir vairāki veidi, kā to izdarīt. Augiem mans mīļākais ir gēnu lielgabals pieeja, kurā izmanto modificētu 22. šauteni, lai šūnās izšautu ar DNS pārklātas volframa vai zelta daļiņas.

Ar dzīvnieku šūnām ir vairākas transfekcijas reaģenti kas pārklāj vai sarežģī DNS un ļauj tai iziet caur šūnu membrānām. Parasti DNS tiek sašķeltas kopā ar modificēta vīrusa DNS ka to var izmantot kā gēna vektoru gēna pārnešanai šūnās. Modificēto vīrusa DNS var iekapsulēt ar normāliem vīrusu proteīniem, lai iegūtu pseidovīrusu, kas var inficēt šūnas un ievietot DNS, kas satur gēnu, bet ne replicējas, lai izveidotu jaunu vīrusu.

Daudziem divdīgļlapu augiem gēnu var ievietot Agrobacterium tumefaciens baktēriju T-DNS nesēja modificētā variantā. Ir arī dažas citas pieejas. Tomēr lielākajā daļā tikai neliels skaits šūnu uzņem gēnu, padarot inženierijas veidotu šūnu izvēli par šī procesa kritisko daļu. Tāpēc parasti ir vajadzīgs atlases vai marķiera gēns.

ĢMO ir organisms ar miljoniem šūnu, un iepriekšminētā tehnika tikai patiesībā apraksta, kā ģenētiski pārveidot atsevišķas šūnas. Tomēr visa organisma ģenerēšanas process būtībā ietver šo gēnu inženierijas metožu izmantošanu dzimumšūnās (t.i., spermas un olšūnās). Kad atslēgas gēns ir ievietots, pārējā procesā pamatā tiek izmantotas ģenētiskās selekcijas metodes, lai ražotu augus vai dzīvniekus, kas satur jauno gēnu visās viņu ķermeņa šūnās. Gēnu inženierija patiešām tiek veikta tikai šūnām. Pārējo dara bioloģija.