Mis on GMOd ja kuidas need on valmistatud?

Geneetiliste muutuste alused

Mis on GMO?

GMO on lühend "geneetiliselt muundatud organismist". Geneetiline muundamine on olnud juba aastakümneid ja on kõige tõhusam ja kiireim võimalus konkreetse tunnuse või karakteristikuga taime või looma loomiseks. See võimaldab täpseid spetsiifilisi muutusi DNA järjestuses. Kuna DNA sisaldab sisuliselt kogu organismi plaani, muudavad DNA muutused funktsioone, mida organism on võimeline.

Tegelikult pole muud võimalust, välja arvatud viimase 40 aasta jooksul välja töötatud tehnikad DNA otseseks manipuleerimiseks.

Kuidas geneetiliselt muundada organismi? Tegelikult on see päris laia küsimus. Organism võib olla taim, loom, seene või bakterid ja kõik need on geneetiliselt töödeldud peaaegu 40 aastat. Esimesed geneetiliselt muundatud organismid olid bakterid 1970ndate alguses . Sellest ajast alates on geneetiliselt muundatud bakterid muutunud sadade tuhandete laborite tööorganiteks, mis teevad nii taimedel kui loomadel geneetilisi modifikatsioone. Enamik põhilisi geenide ümberpaiknemist ja modifikatsioone kavandatakse ja valmistatakse kasutades baktereid, peamiselt mõnda E. coli varianti, seejärel viiakse sihtorganismidesse.

Üldine lähenemine taimede, loomade või mikroobide geneetilisele muutmisele on põhimõtteliselt üsna sarnane. Kuid taime- ja loomarakkude üldiste erinevuste tõttu on erilised tehnikad erinevad.

Näiteks taimerakkudel on rakuseinad ja loomarakud seda ei tee.

Taimede ja loomade geneetiliste muutuste põhjused

GM loomi toodetakse peamiselt teadusuuringute eesmärgil, sageli ravimite väljatöötamiseks kasutatavate bioloogiliste mudelitena. Muude kommertseesmärkide jaoks on välja töötatud mõnda geneetiliselt muundatud loomi, näiteks fluorestseeruvat kala lemmikloomana ja GM-sääsed, mis aitavad kontrollida haigusi kandvaid sääsed.

Siiski on nende kasutamine suhteliselt piiratud väljaspool bioloogilisi põhiuuringuid. Siiani ei ole geneetiliselt muundatud loomi toiduallikana heaks kiidetud. Varsti võib see muutuda AquaAdvantage Salmoniga, mis läbib heakskiitmise protsessi.

Taimede puhul on aga olukord erinev. Kuigi paljud taimed on teadusuuringuteks modifitseeritud, on enamiku põllukultuuride geneetilise muundamise eesmärk selleks, et muuta taimede tüvi, mis on kaubanduslikult või sotsiaalselt kasulik. Näiteks võib saaki suurendada, kui taimed on välja töötatud parema resistentsusega haigust põhjustava kahjuri nagu Rainbow Papaya jaoks või võime kasvada ebasõbralikus või võib-olla külmas piirkonnas. Puuviljad, mis jäävad valmimiseni pikemaks, nagu Endless Summer Tomatoes, annab rohkem aega säilimisaja pärast saagikoristust kasutamiseks. Samuti on tehtud omadused, mis suurendavad toiteväärtust, nagu näiteks kuldne riis, mis on mõeldud rikkuma A-vitamiini või puuvilja kasulikkust, nagu näiteks harilikku õunat, mida ei pruunita.

Sisuliselt võib sisestada mis tahes tunnuse, mida võib avaldada konkreetse geeni lisamisel või inhibeerimisel. Samuti võib hallata tunnuseid, mis nõuavad mitmeid geene, kuid see nõuab keerukamaid protsesse, mida ei ole veel kaubanduslike põllukultuuridega saavutatud.

Mis on geen?

Enne kui selgitada, kuidas uued geenid organismidesse pannakse, on oluline mõista, mis geen on. Nagu paljud arvatavasti teavad, on geenid valmistatud DNAst, mis koosneb osaliselt neljast alusest, mida tavaliselt nimetatakse lihtsalt A, T, C, G-ks. Nende aluste lineaarset järjestust geeni DNA ahelat allapoole võib käsitleda konkreetse valgu koodina, nagu lause tekstikoodi ridu.

Valgud on suured bioloogilised molekulid, mis on valmistatud aminohapetest, mis on omavahel ühendatud erinevates kombinatsioonides. Kui aminohapete õige kombinatsioon on omavahel seotud, siis moodustab aminohapete ahe kokku kindla kuju ja sobivate keemiliste omadustega valguga, mis võimaldab tal täita teatud funktsiooni või reaktsiooni. Elavad asjad koosnevad peamiselt valkudest. Mõned valkud on ensüümid, mis katalüüsivad keemilisi reaktsioone; teised transpordivad materjali rakkudesse ja mõned toimivad lülititena, mis aktiveerivad või deaktiveerivad teisi valke või valgu kaskaadsid.

Niisiis, kui kasutusele võetakse uus geen, annab see rakule koodijärjestuse, mis võimaldab tal uue proteiini valmistada.

Kuidas rakud organiseerivad oma geene?

Taimedes ja loomsetes rakkudes tellitakse peaaegu kogu DNA mitmetes pikkates kiududes, mis on kinnitatud kromosoomidesse. Geenid on tegelikult vaid kromosoomi moodustava DNA pikkade järjestuste väikesed osad. Iga kord, kui rakk dubleerub, koopteeritakse kõigepealt kõiki kromosoome. See on rakkude keskne komplekt ja iga järglaste lahtri koopia saadetakse. Niisiis, uue geeni, mis võimaldab rakul luua uue valgu, mis annab konkreetse tunnuse, on lihtsalt vaja lisada veidi DNA ühte pika kromosoomi ahelast. Pärast sisestamist edastatakse DNA mistahes tütarrakule, kui nende rakk replitseerub nagu kõik teised geenid.

Tegelikult on teatud tüüpi DNA-d võimalik hoida kromosoomides eraldi eraldatud rakkudes ja nende struktuuridega saab sisestada geene, nii et need ei integreerita kromosomaalset DNA-d. Kuid selle lähenemisviisi korral, kuna rakkude kromosomaalne DNA on muutunud, ei säilitata seda tavaliselt pärast mitut replikatsiooni. Püsiseisundi ja päriliku geneetilise muundamise jaoks, nagu need, mida kasutatakse põllukultuuride tootmiseks, kasutatakse kromosoomide modifikatsioone.

Kuidas on uus geen sisestatud?

Geneetiline tehnika tähendab lihtsalt uue DNA baasjärjestuse (mis tavaliselt vastab kogu geenile) sisestamiseks organismi kromosomaalsesse DNA-sse. See võib tunduda kontseptuaalselt otsekohene, kuid tehniliselt muutub see veidi keerulisemaks. Seal on palju tehnilisi üksikasju, mis on seotud õige DNA-järjestuse õige signaali saamisega kromosoomis õiges kontekstis, mis võimaldab rakkudel tuvastada, et see on geen ja kasutab seda uue valgu saamiseks.

Peaaegu kõigi geenitehnoloogia protseduuride jaoks on olemas neli peamist elementi:

  1. Esiteks pead geen. See tähendab, et teil on vaja konkreetse baasjärjestusega füüsilist DNA-molekuli. Traditsiooniliselt saadi need järjestused otse organismist, kasutades mõnda mitut töömahukat tehnikat. Tänapäeval koguvad teadlased pigem sünteesi A, T, C, G keemilistest ainetest, mitte DNA-st. Kui see on saadud, saab järjestuse sisestada bakteriaalse DNA-st, mis on nagu väike kromosoom (plasmiid), ja kuna bakterid replitseeruvad kiiresti, saab nii palju geeni kui vaja.
  2. Kui teil on geen, peate selle asetama DNA ahelasse, mis on ümbritsetud parempoolse DNA-järjestusega, et võimaldada rakul seda ära tunda ja väljendada. Põhimõtteliselt tähendab see, et vajate väikest DNA järjestust, mida nimetatakse promootoriks, mis signaalib rakku geeni ekspresseerimiseks.
  3. Lisaks sisestatava peamise geeni jaoks on sageli teine ​​geen vajalik, et saada marker või valik. See teine ​​geen on sisuliselt vahend, mida kasutatakse geeni sisaldavate rakkude tuvastamiseks.
  4. Lõpuks on vaja, et uuele DNA-le (st promootorile, uuele geenile ja selektsioonimarkerile) kantakse organismi rakkudele meetod. Seda on võimalik teha mitmel viisil. Taimede jaoks on minu lemmik geenipüstol, mis kasutab modifitseeritud 22 püssit, et tulistada DNA-ga kaetud volframi- või kuldosakesed rakkudesse.

Loomurakkudega on mitmeid transfektsioonireagente, mis katavad DNA-d või muudavad selle kompleksi ja võimaldavad selle läbida rakumembraane. Samuti on tavaline, et DNA-d saab ühendada modifitseeritud viiruse DNA-ga, mida saab kasutada geenivectorsena, et viia geen rakkudesse. Modifitseeritud viiruse DNA-d saab kapseldada normaalsete viirusvalkudega, et saada pseudoviirus, mis võib nakatada rakke ja sisestada DNA-d, mis kannab geeni, kuid mitte replitseeruma uue viiruse tekitamiseks.

Paljude dikoti taimede jaoks võib geeni paigutada Agrobacterium tumefaciens bakteri T-DNA kandja modifitseeritud variandisse. On ka mõni teine ​​lähenemisviis. Enamikul juhtudel kiireneb geen, mis teeb insenerirajatiste valikul selle protsessi kriitilise osa. Sellepärast on tavaliselt vajalik valik- või markergeen.

Kuid kuidas teete geneetiliselt muundatud hiire või tomati?

GMO on miljoneid rakke omav organism ja ülaltoodud tehnika kirjeldab tõepäraselt geneetiliselt üksikuid rakke. Kuid kogu organismi loomise protsess hõlmab sisuliselt nende genotüübi tehnikate kasutamist sugurakkudes (st sperma ja munarakkudes). Kui peamine geen on sisestatud, kasutab ülejäänud protsess põhimõtteliselt geneetilisi aretusmeetodeid, et toota taimi või loomi, mis sisaldavad uut geeni kõigis oma organismi rakkudes. Geneetiline tehnika on rakkudele tõesti lihtsalt tehtud. Bioloogia teeb ülejäänu.