Hvad er GMO'er og Hvordan er de lavet?

Hvad er en GMO?

GMO er forkortet for "genetisk modificeret organisme". Genetisk modifikation har eksisteret i årtier og er den mest effektive og hurtige måde at skabe en plante eller et dyr med en specifik egenskab eller egenskab på. Det muliggør præcise specifikke ændringer i DNA-sekvensen. Fordi DNA i det væsentlige omfatter tegningen for hele organismen, ændrer ændringer i DNA'et de funktioner, organismen er i stand til.

Der er virkelig ingen anden måde at gøre dette på, undtagen ved at bruge de teknikker, der er udviklet de sidste 40 år til direkte manipulation af DNA'et.

Hvordan genetisk modificerer du en organisme? Faktisk er dette et ret bredt spørgsmål. En organisme kan være en plante, dyr, svamp eller bakterier, og alle disse kan være og har været genetisk manipuleret i næsten 40 år. De første genetisk manipulerede organismer var bakterier i begyndelsen af ​​1970'erne. Siden da er genetisk modificerede bakterier blevet arbejdshest af hundredtusinder af laboratorier, der gør genetiske modifikationer på både planter og dyr. De fleste af de grundlæggende gen-shuffling og modifikationer er designet og fremstillet ved hjælp af bakterier, hovedsagelig nogle variationer af E. coli, og derefter overført til målorganismer.

Den generelle tilgang til genetisk at ændre planter, dyr eller mikrober er begrebsmæssigt stort set ens. Der er dog nogle forskelle i de specifikke teknikker på grund af generelle forskelle mellem plante- og dyreceller.

For eksempel har planteceller cellevægge og dyrceller ikke.

Grunde til genetiske modifikationer af planter og dyr

GM-dyr fremstilles primært til forskningsformål, ofte som modelbiologiske systemer, der anvendes til lægemiddeludvikling. Der har været nogle GM dyr udviklet til andre kommercielle formål, såsom fluorescerende fisk som kæledyr, og GM myg for at hjælpe med at kontrollere sygdomsbærende myg.

Disse er dog relativt begrænset anvendelse uden for grundbiologisk forskning. Hidtil er ingen GM-dyr blevet godkendt som fødevarekilde. Men snart kan det ændre sig med AquaAdvantage Salmon, der går igennem godkendelsesprocessen.

Men med planter er situationen anderledes. Selvom mange planter er modificeret til forskning, er målet med den mest afgrødegenetiske modifikation at gøre en plantestamme, der er kommercielt eller socialt gavnlig. For eksempel kan udbyttet øges, hvis planterne er konstrueret med forbedret modstandsdygtighed over for et sygdomsfremkaldende skadedyr som Rainbow Papaya eller evnen til at vokse i et ugjestrigt, måske koldere område. Frugt, der bliver moden længere, såsom Endless Summer Tomatoes, giver mere tid til hylde efter høst til brug. Også træk, der forbedrer næringsværdien, såsom Golden Rice, der er designet til at være rig på A-vitamin, eller brug af frugten, såsom ikke-brunende arktiske æbler, er også blevet lavet.

I det væsentlige kan ethvert træk, der kan manifesteres med tilsætning eller hæmning af et specifikt gen, indføres. Egenskaber, der kræver flere gener, kan også styres, men det kræver en mere kompliceret proces, der endnu ikke er opnået med kommercielle afgrøder.

Hvad er et gen?

Før man forklarer, hvordan nye gener sættes i organismer, er det vigtigt at forstå, hvad et gen er. Som mange sikkert ved, er gener fremstillet af DNA, som delvist består af fire baser, der almindeligvis betegnes som blot A, T, C, G. Den lineære rækkefølge af disse baser i en række ned for en DNA-streng af et gen kan betragtes som en kode for et specifikt protein, ligesom bogstaver i en tekstkode for en sætning.

Proteiner er store biologiske molekyler fremstillet af aminosyrer, der er bundet sammen i forskellige kombinationer. Når den rigtige kombination af aminosyrer er bundet sammen, foldes aminosyrekæden sammen i et protein med en specifik form og de rigtige kemiske egenskaber sammen for at gøre det muligt at udføre en bestemt funktion eller reaktion. Levende ting består i vid udstrækning af proteiner. Nogle proteiner er enzymer, der katalyserer kemiske reaktioner; andre transporterer materiale ind i cellerne og nogle virker som omskiftere, der aktiverer eller deaktiverer andre proteiner eller proteinkaskader.

Så når et nyt gen introduceres, giver det cellen kodesekvensen for at gøre det til at lave et nyt protein.

Hvordan organiserer celler deres gener?

I planter og dyreceller bestilles næsten hele DNA'et i flere lange tråde, som er opslugt i kromosomer. Generne er faktisk kun små dele af den lange sekvens af DNA, der udgør et kromosom. Hver gang en celle replikerer, replikeres alle kromosomer først. Dette er det centrale sæt af instruktioner for cellen, og hver afkomercelle får en kopi. Så for at introducere et nyt gen, der gør det muligt for cellen at lave et nyt protein, der giver et bestemt træk, skal man blot indsætte en smule DNA i en af ​​de lange kromosomstrenger. Når en gang er indsat, vil DNA'et blive overført til nogen datterceller, når de celle replikerer ligesom alle de andre gener.

Faktisk kan visse typer af DNA opretholdes i celler adskilt fra kromosomerne, og gener kan introduceres ved hjælp af disse strukturer, så de ikke integreres i det kromosomale DNA. Imidlertid ændres sædvanligvis ikke med cellen, da cellens kromosomale DNA ændres, i alle celler efter flere replikationer. For permanent og arvelig genetisk modifikation, såsom de processer, der anvendes til afgrødeteknik, anvendes kromosomale modifikationer.

Hvordan indsættes et nyt gen?

Geneteknik refererer simpelthen til at indsætte en ny DNA-base-sekvens (normalt svarende til et helt gen) i organismens kromosomale DNA. Dette kan virke konceptuelt ligetil, men teknisk set bliver det lidt mere kompliceret. Der er mange tekniske detaljer involveret i at få den rigtige DNA-sekvens med de rigtige signaler i kromosomet i den rigtige kontekst, der gør det muligt for cellerne at genkende det er et gen og bruge det til at lave et nyt protein.

Der er fire nøgleelementer, der er fælles for næsten alle gentekniske procedurer:

1. For det første har du brug for et gen. Dette betyder at du har brug for det fysiske DNA-molekyle med de specifikke basesekvenser. Traditionelt blev disse sekvenser opnået direkte fra en organisme ved anvendelse af en hvilken som helst af flere besværlige teknikker. I dag, i stedet for at udvinde DNA fra en organisme, syntetiserer forskere typisk kun fra de basale A, T, C, G kemikalier. Når først den er opnået, kan sekvensen indsættes i et stykke bakterielt DNA, der er som et lille kromosom (et plasmid), og da bakterierne replikerer hurtigt, kan så meget som muligt af genet fremstilles.
2. Når du har genet, skal du placere det i en DNA-streng omgivet med den højre omkringliggende DNA-sekvens for at gøre det muligt for cellen at genkende det og udtrykke det. Det betyder først og fremmest, at du har brug for en lille DNA-sekvens, der hedder en promotor, der signalerer cellen for at udtrykke genet.
3. Ud over hovedgenet, der skal indsættes, er der ofte brug for et andet gen for at tilvejebringe en markør eller et valg. Dette andet gen er i det væsentlige et redskab, der anvendes til at identificere cellerne, som indeholder genet.
4. Endelig er det nødvendigt at have en metode til at levere det nye DNA (f.eks. Promotor, nyt gen og selektionsmarkør) i organismens celler. Der er en række måder at gøre dette på. Til planter er min favorit genpistoltilgangen, der bruger en modificeret 22 riffel til at skyde DNA-coatede wolfram eller guldpartikler i celler.

Med dyreceller findes der en række transfektionsreagenser, der belægger eller komplekser DNA'et og gør det muligt at passere gennem cellemembraner. Det er også almindeligt, at DNA'et splejses sammen med modificeret viralt DNA, som det kan anvendes som en genvektor til at bære genet i cellerne. Det modificerede virale DNA kan indkapsles med normale virale proteiner for at danne et pseudovirus, der kan inficere celler og indsætte DNA'et, der bærer genet, men ikke replikere for at skabe ny virus.

For mange dicotplanter kan genet placeres i en modificeret variant af T-DNA-bæreren af ​​Agrobacterium tumefaciens-bakterierne. Der er også et par andre tilgange. Imidlertid opsamler kun de fleste celler, kun et lille antal celler, genet, der gør selektion af de konstruerede celler en kritisk del af denne proces. Derfor er et valg eller markørgen typisk nødvendigt.

Men hvordan laver du en genetisk manipuleret mus eller tomat?

En GMO er en organisme med millioner af celler, og teknikken ovenfor beskriver kun, hvordan man genetisk manipulerer enkeltceller. Processen til at generere en hel organisme involverer imidlertid hovedsagelig anvendelse af disse gentekniske teknikker på kimceller (f.eks. Sædceller og ægceller). Når nøglegenet er indsat, bruger resten af ​​processen grundlæggende genetiske avlsteknikker til at producere planter eller dyr, der indeholder det nye gen i alle cellerne i deres krop. Genetik er virkelig bare færdig med celler. Biologi gør resten.