Grundvallaratriði erfðabreytinga
GMO er stutt fyrir "erfðabreyttar lífverur". Erfðabreyttar breytingar hafa átt sér stað í áratugi og er áhrifaríkasta og fljótlegasta leiðin til að búa til plöntu eða dýra með sérkenni eða einkenni. Það gerir nákvæmar sérstakar breytingar á DNA röðinni. Vegna þess að DNA samanstendur aðallega af teikningunni fyrir alla lífveruna breytist breyting á DNAinu á þeim aðgerðum sem lífveran er fær um.
Það er engin önnur leið til að gera þetta nema með því að nota þær aðferðir sem þróaðar hafa verið á síðustu 40 árum til að stjórna DNA beint.
Hvernig breytir þú erfðafræðilega lífveru? Reyndar er þetta frekar víðtæk spurning. Lífverur geta verið plöntur, dýr, sveppur eða bakteríur og öll þessi geta verið og hafa verið erfðafræðilega verkfræðinær í næstum 40 ár. Fyrstu erfðabreyttar lífverurnar voru bakteríur snemma á áttunda áratugnum . Síðan þá hafa erfðabreyttar bakteríur orðið vinnuhorfur hundruð þúsunda Labs sem gera erfðafræðilegar breytingar á bæði plöntum og dýrum. Flestar grundvallar genstýringar og breytingar eru hannaðar og gerðar með bakteríum, aðallega nokkrar afbrigði af E. coli , síðan fluttar til markverkefna.
Almenn nálgun á erfðabreyttum plöntum, dýrum eða örverum er hugsanlega nokkuð svipuð. Hins vegar eru nokkrir munur á sérstökum aðferðum vegna almennrar munur á plöntu- og dýrafrumum.
Til dæmis hafa plöntufrumur frumuveggi og dýrafrumur gera það ekki.
Ástæður fyrir erfðabreytingum á plöntum og dýrum
Erfðabreytt dýr eru fyrst og fremst gerðar til rannsóknar, oft sem líkan líffræðilegra kerfa sem notuð eru til að þróa lyf. Það hafa verið nokkur erfðabreytt dýr sem eru þróuð í öðrum viðskiptalegum tilgangi, eins og flúrljómandi fiskur og gæludýr, og erfðabreyttar moskítóflugur til að hafa stjórn á sjúkdómafræðilegum moskítóflugum.
Hins vegar eru þetta tiltölulega takmarkaðar umsóknir utan grunnfræðilegra rannsókna. Hingað til hafa engar erfðabreyttar dýr verið samþykktir sem matvælaauðlindir. Skömmu síðar getur það breyst með AquaAdvantage Salmon sem er að leiða í gegnum samþykkisferlið.
Með plöntum er þó ástandið öðruvísi. Þó að mikið af plöntum sé breytt til rannsókna er markmiðið að mestu erfðabreytingar á uppskeru að búa til plöntuþrýsting sem er atvinnuhúsnæði eða félagslega gagnlegt. Til dæmis er hægt að auka ávöxtun ef plöntur eru teknir með betri mótstöðu gegn sjúkdómsvaldandi plága eins og Rainbow Papaya, eða hæfni til að vaxa í óbyggilegri, kannski kaldara svæðinu. Ávextir sem halda áfram að þroskast lengur, svo sem Endless Summer Tomatoes, veitir meiri tíma til að hylja tíma eftir uppskeru til notkunar. Einnig hafa eiginleikar sem auka næringargildi, eins og Golden Rice hönnuð til að vera ríkur í A-vítamín, eða gagnsemi af ávöxtum, svo sem óskum Arctic Apples, einnig gerðar.
Í meginatriðum er hægt að kynna sérhverja eiginleika sem getur komið fram við viðbót eða hömlun á tilteknu geni. Einnig er hægt að stjórna eiginleikum sem krefjast margra gena, en þetta krefst flóknara ferli sem ekki hefur enn verið náð með auglýsingavöru.
Hvað er gen?
Áður en að útskýra hvernig ný gen eru sett í lífverur er mikilvægt að skilja hvað gen er. Eins og margir vita líklega eru genar gerðar úr DNA, sem er að hluta til samsett af fjórum bösum sem almennt eru taldar eins og einfaldlega A, T, C, G. Línuleg röð þessara basa í röð niður DNA-strengi gensins má líta á sem kóða fyrir tiltekið prótein, eins og bréf í línu texta kóða fyrir setningu.
Prótein eru stór líffræðileg sameindir úr amínósýrum sem eru tengdar saman í ýmsum samsetningum. Þegar rétt samsetning amínósýra er tengd saman sameinar amínósýrukeðjan saman í prótein með ákveðinni lögun og réttar efnafræðilegir eiginleikar saman til að gera það kleift að framkvæma tiltekna virkni eða viðbrögð. Vinnuskilyrði eru að mestu leyti úr próteinum. Sum prótein eru ensím sem hvetja efnahvörf; aðrir flytja efni inn í frumurnar og sumir starfa sem rofar virkja eða slökkva á öðrum próteinum eða próteinum.
Svo, þegar nýtt gen er kynnt, gefur það klefi kóðann til að gera nýja próteinið nýtt.
Hvernig skipuleggja frumur þeirra frumur?
Í plöntum og dýrafrumum er næstum öll DNA pöntuð í nokkrum langum strengjum sem lentir eru í litningi. Genarnir eru í raun bara lítill hluti af langri röð DNA sem myndar litningi. Í hvert sinn sem frumur afrita eru öll litningarnar endurtekin fyrst. Þetta er aðalmiðill fyrirmæla fyrir klefi, og hver afkvæmi klefi fær afrit. Svo, til að kynna nýtt gen sem gerir klefi kleift að búa til nýtt prótein sem veitir ákveðna eiginleika, þarf einfaldlega að setja smá DNA inn í einn af löngum litningi litninga. Þegar DNA hefur verið sett inn verður DNA send til allra dótturfrumna þegar þeir endurheimta frumu eins og allar aðrar genir.
Reyndar er hægt að viðhalda ákveðnum gerðum DNA í frumum sem eru aðskildar litningunum og hægt er að kynna gena með því að nota þessar mannvirki svo að þær falli ekki inn í litningabreytingar DNA. Hins vegar með því að breyta þessari aðferð, þar sem litabreytingar DNA frumunnar er breytt, er það venjulega ekki viðhaldið í öllum frumum eftir nokkrar eftirmyndanir. Fyrir varanlegar og arfgengar erfðafræðilegar breytingar, eins og þær aðferðir sem notaðar eru við uppskeruverkfræði, eru litabreytingar notaðar.
Hvernig er nýtt gen sett í?
Erfðafræði vísar einfaldlega til að setja inn nýja DNA basa röð (venjulega sem samsvarar heilu geni) í litningarsjúkdóms DNA lífverunnar. Þetta kann að virðast hugsanlega einfalt, en tæknilega er það svolítið flóknara. Það eru margar tæknilegar upplýsingar sem taka þátt í að fá réttu DNA röðina með réttu merki í litningunni í réttu samhengi sem gerir frumunum kleift að viðurkenna að það sé gen og notað það til að búa til nýtt prótein.
Það eru fjórir helstu þættir sem eru algengar að nánast öllum erfðafræðilegum verklagsreglum:
- Fyrst þarftu gen. Þetta þýðir að þú þarft líkamlega DNA sameindin með tilteknu grunnaröðunum. Hefð er að þessi röð voru fengin beint úr lífveru með einhverjum af mörgum vinnubrögðum aðferðum. Nú á dögum, frekar en að þykkna DNA úr lífveru, nýtast vísindamenn yfirleitt bara frá helstu A-, T-, C-, G-efnum. Þegar búið er að fá röðina er hægt að setja röðina í bakteríu DNA sem er eins og lítið litningarefni (plasmíð) og þar sem bakteríur endurtaka hratt, er hægt að gera eins mikið af geninu eftir þörfum.
- Þegar þú ert með genið þarftu að setja það í DNA-streng sem er umkringdur réttri umhverfis DNA röð til að gera klefanum kleift að þekkja það og tjá það. Aðallega þýðir þetta að þú þarft lítinn DNA röð sem kallast verkefnisstjóri sem merkir frumuna til að tjá genið.
- Til viðbótar við helstu genið sem á að setja í, þarf oft annað gen til að gefa merki eða val. Þetta annað gen er í raun tól sem notað er til að greina frumurnar sem innihalda genið.
- Að lokum er nauðsynlegt að nota aðferð til að afhenda nýju DNA (þ.e. kynningarvél, nýtt gen og valmark) í frumur frumvarpsins. Það eru margar leiðir til að gera þetta. Fyrir plöntur, uppáhalds minn er gen byssu nálgun sem notar breytt 22 riffill að skjóta DNA-húðuð wolfram eða gull agnir í frumur.
Með dýrafrumum er fjöldi hvarfefna um hvarfefni sem kápu eða flókið DNA og gera það kleift að fara í gegnum frumuhimnur. Það er einnig algengt að DNA sé splætt saman við breytt veiru DNA sem hægt er að nota sem genvektor til að bera genið í frumurnar. Breytt veiru DNA getur verið innfellt með eðlilegum veiruprótínum til að búa til pseudovirus sem getur smitað frumur og sett DNA inn í genið en ekki endurtaka til að búa til nýtt veira.
Fyrir mörg tjörnplöntur er hægt að setja genið í breyttri afbrigði af T-DNA burðarefni Agrobacterium tumefaciens bakteríanna. Það eru líka nokkrar aðrar aðferðir. Hins vegar, með flestum, taka aðeins lítill fjöldi frumna upp genið sem gerir úrval af verkfræðilegum frumum mikilvægum þáttum í þessu ferli. Þess vegna er val eða merkja gen almennt nauðsynlegt.
En, hvernig gerir þú erfðafræðilega verkfræðilegan mús eða tómata?
Erfðabreytt lífvera er lífvera með milljónum frumna og aðferðin hér að ofan lýsir því eingöngu hvernig á að erfðaverkfræðilega einnar frumur. Hins vegar felst aðferðin við að búa til heilan lífvera í meginatriðum með því að nota þessar erfðafræðilegar aðferðir við kímfrumur (þ.e. sæði og eggfrumur). Þegar lykilgenið er sett inn notar restin af ferlinu í grundvallaratriðum erfðafræðilega ræktunaraðferðir til að framleiða plöntur eða dýr sem innihalda nýtt gen í öllum frumum í líkama sínum. Erfðafræði er í raun bara gert við frumur. Líffræði gerir restina.