היסודות של שינוי גנטי
GMO הוא קצר עבור "אורגניזמים מהונדסים גנטית." שינוי גנטי כבר בסביבה במשך עשרות שנים, היא הדרך היעילה ביותר ומהירה ליצור צמח או בעל חיים עם תכונה מסוימת או מאפיין. הוא מאפשר שינויים ספציפיים מדויקים לרצף הדנ"א. מכיוון שדנ"א מהווה למעשה את תכנית האב של האורגניזם כולו, השינויים בדנ"א משנים את התפקודים שהאורגניזם מסוגל.
אין באמת דרך אחרת לעשות זאת אלא באמצעות טכניקות שפותחו במהלך 40 השנים האחרונות כדי לתפעל ישירות את ה- DNA.
איך משנים גנטית אורגניזם? למעשה, זו שאלה רחבה למדי. אורגניזם יכול להיות צמח, בעל חיים, פטרייה או חיידקים וכל אלה יכולים להיות, והיו, מהונדסים גנטית במשך כמעט 40 שנה. האורגניזמים הראשונים מהונדסים גנטית היו חיידקים בתחילת שנות השבעים . מאז, חיידקים מהונדסים גנטית הפכו לסוס העבודה של מאות אלפי מעבדות שעברו שינויים גנטיים על צמחים ובעלי חיים כאחד. רוב הדגימה הבסיסית והשינויים מתוכננים ומוכנים באמצעות חיידקים, בעיקר וריאציה של E. coli , ולאחר מכן מועברים לאורגניזמים.
הגישה הכללית לשנות גנטית צמחים, בעלי חיים, או חיידקים היא מושגית די דומה. עם זאת, ישנם הבדלים מסוימים בטכניקות ספציפיות עקב ההבדלים הכלליים בין צמחים לתאי בעלי חיים.
לדוגמה, תאים צמחיים יש קירות התא ותאי בעלי חיים לא.
סיבות לשינויים גנטיים של צמחים ובעלי חיים
בעלי חיים GM מיוצרים בעיקר למטרות מחקר, לעתים קרובות כמו מערכות ביולוגיות מודל המשמש לפיתוח תרופות. היו כמה בעלי חיים GM שפותחו למטרות מסחריות אחרות, כגון דגים ניאון כמו חיות מחמד, יתושים GM לעזור בשליטה יתושים נושאת מחלה.
עם זאת, אלה הם יישום מוגבל יחסית מחוץ למחקר ביולוגי בסיסי. עד כה, בעלי חיים GM לא אושרו כמקור מזון. בקרוב, עם זאת, זה עשוי להשתנות עם AquaAdvantage סלמון כי הוא עושה את דרכו בתהליך האישור.
עם הצמחים, לעומת זאת, המצב שונה. בעוד הרבה צמחים משתנים למחקר, המטרה של שינוי גנטי ביותר היבול היא להפוך את הצמח הצמח כי הוא מועיל מבחינה מסחרית או חברתית. לדוגמה, ניתן להגדיל את היבול אם הצמחים מתוכננים עם עמידות משופרת למחלה הגורמת למחלה, כגון "פאפאיה", או היכולת לגדול באזור לא נעים, אולי קר יותר. פירות שנשארים בשלים יותר, כמו קיץ אינסופי עגבניות, מספק יותר זמן זמן המדף לאחר הקציר לשימוש. כמו כן, תכונות המשפיעות על הערך התזונתי, כגון גולדן רייס שנועדה להיות עשירה בויטמין A, או תועלת של הפרי, כמו תפוחים ארקטיים שאינם מבושמים, נעשו גם כן.
בעיקרו של דבר, כל תכונה שיכולה להתבטא עם תוספת או עיכוב של גן מסוים, ניתן להציג. גם תכונות הדורשות גנים מרובים יכולות להיות מנוהלות, אך זה דורש תהליך מסובך יותר שטרם הושג בגידולים מסחריים.
מהו ג'ין?
לפני שתסביר כיצד נוצרים גנים חדשים באורגניזמים, חשוב להבין מהו הגן. כפי שודאי רבים יודעים, הגנים עשויים מדנ"א, המורכב בחלקו מארבעה בסיסים המצוין בדרך כלל כפשוט, A, T, C, G. סדר ליניארי של בסיסים אלה בשורה לאורך חוט DNA של גן יכול להיחשב קוד עבור חלבון מסוים, בדיוק כמו מכתבים בשורה של קוד טקסט למשפט.
חלבונים הם מולקולות ביולוגיות גדולות עשויות מחומצות אמינו המקושרות יחד בשילובים שונים. כאשר השילוב הנכון של חומצות אמינו מקושרות יחד, שרשרת חומצות האמינו מקפלת יחד לחלבון עם צורה מסוימת ואת התכונות הכימיות הנכונות יחד כדי לאפשר לו לבצע תפקיד מסוים או תגובה מסוימת. דברים חיים מורכבים בעיקר מחלבונים. חלק מהחלבונים הם אנזימים המזרזים תגובות כימיות; אחרים להעביר חומר לתוך התאים וחלקם פועלים מתגים הפעלת או ביטול של חלבונים אחרים או מפלגות חלבון.
אז, כאשר הגן החדש הוא הציג, זה נותן את התא רצף קוד כדי לאפשר לו לעשות חלבון חדש.
כיצד תאים לארגן את הגנים שלהם?
בצמחים ובתאי בעלי חיים, כמעט כל הדנ"א מסודר בכמה גדילים ארוכים המתפתחים לכרומוזומים. הגנים הם למעשה רק קטעים קטנים מהרצף הארוך של הדנ"א המרכיבים כרומוזום. בכל פעם התא משכפל, כל הכרומוזומים משוכפלים הראשון. זוהי מערכת ההוראות המרכזית של התא, וכל תא צאצא מקבל עותק. לכן, כדי להציג גן חדש שמאפשר לתא לייצר חלבון חדש המעניק תכונה מסוימת, צריך פשוט להכניס קצת דנ"א לאחד מחוטי הכרומוזום הארוכים. ברגע שהוכנס, הדנ"א יועבר לכל תאי הבת כאשר הם משכפלים תאים בדיוק כמו כל הגנים האחרים.
למעשה, סוגים מסוימים של דנ"א יכולים להישמר בתאים נפרדים מהכרומוזומים והגנים יכולים להיות מוצגים באמצעות מבנים אלה, כך שהם אינם משתלבים בדנ"א הכרומוזומלי. עם זאת, עם גישה זו, מאז הדנ"א הכרומוזומי של התא משתנה הוא בדרך כלל לא נשמר בכל התאים לאחר כמה סיבוכים. לצורך שינוי גנטי קבוע וירושה, כגון תהליכים המשמשים להנדסת הצומח, נעשה שימוש בשינויים כרומוזומליים.
כיצד הוכנס גן חדש?
ההנדסה הגנטית מתייחסת פשוט להוספת רצף בסיס דנ"א חדש (בדרך כלל מקביל לגן שלם) לדנ"א הכרומוזומלי של האורגניזם. זה אולי נראה פשוט מבחינה מושגית, אבל מבחינה טכנית, זה נעשה קצת יותר מסובך. ישנם פרטים טכניים רבים המעורבים בקבלת רצף ה- DNA הנכון עם האותות הנכונים לתוך הכרומוזום בהקשר הנכון המאפשר לתאים לזהות אותו הוא גן ולהשתמש בו כדי ליצור חלבון חדש.
ישנם ארבעה מרכיבים מרכזיים המשותפים כמעט לכל הליכי ההנדסה הגנטית:
- ראשית, אתה צריך גן. זה אומר שאתה צריך את מולקולת DNA פיזית עם רצפים בסיס מסוים. באופן מסורתי, רצפים אלה התקבלו ישירות מן האורגניזם באמצעות כל כמה טכניקות מייגע. כיום, במקום לחלץ דנ"א מאורגניזם, מדענים בדרך כלל פשוט מסנתזים מן הכימיקלים הבסיסיים A, T, C, G. לאחר שהושג, רצף יכול להיות מוכנס לתוך חתיכת DNA חיידקי זה כמו כרומוזום קטן (פלסמיד) ו, מאז חיידקים לשכפל במהירות, כמו הרבה גן לפי הצורך ניתן לבצע.
- ברגע שיש לך את הגן, אתה צריך למקם אותו בחוט דנ"א מוקף עם רצף DNA הנכון סביב כדי לאפשר לתא לזהות אותו לבטא אותו. בעיקרו של דבר, זה אומר שאתה צריך רצף DNA קטן שנקרא יזם המסמן את התא להביע את הגן.
- בנוסף הגן העיקרי כי הוא צריך להיות מוכנס, לעתים קרובות גן שני נדרש לספק סמן או בחירה. הגן השני הוא למעשה כלי המשמש לזיהוי התאים המכילים את הגן.
- לבסוף, יש צורך בשיטה של אספקת ה- DNA החדש (כלומר, האמרגן, הגן החדש, סמן הבחירה) לתוך תאים של האורגניזם. ישנן מספר דרכים לעשות זאת. עבור הצמחים, האהוב עלי הוא גישה אקדח גן המשתמשת רובה שונה 22 לירות טונגסטן DNA מצופה או חלקיקי זהב לתאים.
עם תאים בעלי חיים, ישנם מספר ריאגנטים transfection כי מעיל או מורכב DNA ו לאפשר לו לעבור דרך קרום התא. זה גם נפוץ עבור ה- DNA להיות spliced יחד עם דנ"א ויראלי שונה כי זה יכול לשמש וקטור הגן לשאת את הגן לתוך התאים. דנ"א ויראלי שונה יכול להיות encapsulated עם חלבונים נגיפיים נורמלי לעשות pseudovirus אשר יכול להדביק תאים ולהכניס את DNA נושאת את הגן, אך לא לשכפל לעשות וירוס חדש.
עבור צמחים dicot רבים, הגן ניתן להציב גרסה שונה של המוביל T-DNA של חיידקי Agrobacterium tumefaciens. יש גם כמה גישות אחרות. עם זאת, עם רוב, רק מספר קטן של תאים להרים את הגן ביצוע הבחירה של תאים מהונדסים חלק קריטי של תהליך זה. זו הסיבה שבגללה יש לבחור גן או סמן.
אבל, איך אתה עושה עכבר מהונדס גנטית או עגבניות?
GMO הוא אורגניזם עם מיליוני תאים ואת הטכניקה לעיל רק באמת מתאר כיצד גנטית מהנדס תאים בודדים. עם זאת, תהליך ליצור אורגניזם שלם בעצם כרוך באמצעות אלה טכניקות הנדסה גנטית על תאים נבט (כלומר, זרע ותאי ביצה). לאחר גן המפתח מוכנס, את שאר התהליך בעצם משתמשת בטכניקות הרבייה גנטית לייצר צמחים או בעלי חיים המכילים את הגן החדש בכל התאים בגוף שלהם. הנדסה גנטית הוא באמת עשה רק לתאים. ביולוגיה עושה את השאר.