Hva er GMOer og hvordan er de laget?

Hva er en GMO?

GMO er kort for "genetisk modifisert organisme". Genetisk modifikasjon har eksistert i flere tiår, og er den mest effektive og raske måten å skape en plante eller et dyr med et bestemt trekk eller karakteristikk. Det muliggjør presise, spesifikke endringer i DNA-sekvensen. Fordi DNA i det vesentlige utgjør tegningen for hele organismen, endrer DNA-endringen funksjonene organismen er i stand til.

Det er egentlig ingen annen måte å gjøre dette på, bortsett fra å bruke teknikker utviklet de siste 40 årene for å manipulere DNA direkte.

Hvordan genetiserer du en organisme? Egentlig er dette et ganske bredt spørsmål. En organisme kan være en plante, dyr, sopp eller bakterier, og alle disse kan være, og har vært genetisk konstruert i nesten 40 år. De første genetisk utviklede organismene var bakterier i begynnelsen av 1970-tallet. Siden da har genetisk modifiserte bakterier blitt arbeidshest på hundrevis av tusen laboratorier som gjør genetiske modifikasjoner på både planter og dyr. De fleste av de grunnleggende genblandingene og modifikasjonene er designet og forberedt ved hjelp av bakterier, hovedsakelig noen variasjoner av E. coli, og deretter overført til målorganismer.

Den generelle tilnærmingen til å genetisk endre planter, dyr eller mikrober er begrepsmessig ganske lik. Det er imidlertid noen forskjeller i de spesifikke teknikkene på grunn av generelle forskjeller mellom plante- og dyreceller.

For eksempel har planteceller cellevegger og dyrceller ikke.

Grunner til genetiske modifikasjoner av planter og dyr

GM-dyr er primært laget for forskningsformål, ofte som modellbiologiske systemer som brukes til medisinutvikling. Det har vært noen GM dyr utviklet for andre kommersielle formål, som fluorescerende fisk som kjæledyr, og GM mygg for å hjelpe med å kontrollere sykdomsbærende mygg.

Dette er imidlertid relativt begrenset anvendelse utenfor grunnleggende biologisk forskning. Så langt har ingen GM-dyr blitt godkjent som matkilde. Snart, skjønt, det kan endres med AquaAdvantage laks som gjør veien gjennom godkjenningsprosessen.

Med planter er situasjonen imidlertid annerledes. Mens mange planter er modifisert for forskning, er målet med mest avlinger genetisk modifikasjon å gjøre en plantestamme som er kommersielt eller sosialt fordelaktig. For eksempel kan utbyttene økes dersom planter er konstruert med forbedret motstand mot et sykdomsfremkallende skadedyr som Rainbow Papaya, eller evnen til å vokse i en ugjestmild, kanskje kaldere region. Frukt som holder seg moden lenger, for eksempel Endless Summer Tomatoes, gir mer tid til hylle etter høst for bruk. Også egenskaper som forbedrer næringsverdien, som Golden Rice designet for å være rik på vitamin A, eller nytten av frukten, som for eksempel ikke-brunende arktiske epler, er også blitt gjort.

I hovedsak kan ethvert trekk som kan manifesteres med tillegg eller inhibering av et spesifikt gen, innføres. Egenskaper som krever flere gener, kan også styres, men dette krever en mer komplisert prosess som ennå ikke er oppnådd med kommersielle avlinger.

Hva er et gen?

Før du forklarer hvordan nye gener legges inn i organismer, er det viktig å forstå hva et gen er. Som mange sannsynligvis vet, er gener laget av DNA, som delvis består av fire baser som vanligvis er merket som bare A, T, C, G. Den lineære rekkefølgen av disse basene på rad ned en DNA-streng av et gen kan anses som en kode for et bestemt protein, akkurat som bokstaver i en linje med tekstkode for en setning.

Proteiner er store biologiske molekyler laget av aminosyrer knyttet sammen i forskjellige kombinasjoner. Når den rette kombinasjonen av aminosyrer er koblet sammen, bretter aminosyrekjeden sammen til et protein med en bestemt form og de rette kjemiske egenskapene sammen for at den skal utføre en bestemt funksjon eller reaksjon. Levende ting består i stor grad av proteiner. Noen proteiner er enzymer som katalyserer kjemiske reaksjoner; andre transporterer materiale inn i cellene, og noen fungerer som brytere som aktiverer eller deaktiverer andre proteiner eller proteinkaskader.

Så når et nytt gen blir introdusert, gir det cellen kodesekvensen slik at den kan lage et nytt protein.

Hvordan organiserer cellene sine gener?

I planter og dyreceller er nesten hele DNA bestilt i flere lange tråder som går opp i kromosomer. Genene er egentlig bare små deler av den lange sekvensen av DNA som danner et kromosom. Hver gang en celle replikerer, repliseres alle kromosomene først. Dette er det sentrale settet med instruksjoner for cellen, og hver avkomcelle får en kopi. Så, for å introdusere et nytt gen som gjør at cellen kan lage et nytt protein som gir en bestemt egenskap, trenger man bare å sette inn litt DNA i en av de lange kromosomstrengene. Når DNA er satt inn, vil DNA bli overført til noen datterceller når de celle replikerer akkurat som alle andre gener.

Faktisk kan visse typer DNA opprettholdes i celler skilt fra kromosomene, og gener kan innføres ved hjelp av disse strukturene, slik at de ikke integreres i det kromosomale DNA. Men med denne tilnærmingen, siden cellens kromosomale DNA er endret, opprettholdes vanligvis ikke i alle celler etter flere replikasjoner. For permanent og arvelig genetisk modifikasjon, for eksempel de prosessene som brukes til avlingsteknikk, brukes kromosomale modifikasjoner.

Hvordan er et nytt gen satt inn?

Geneteknikk refererer ganske enkelt til å sette inn en ny DNA-basesekvens (som vanligvis svarer til et helt gen) inn i det kromosomale DNA av organismen. Dette kan virke konseptuelt grei, men teknisk sett blir det litt mer komplisert. Det er mange tekniske detaljer involvert i å få den riktige DNA-sekvensen med de riktige signalene i kromosomet i riktig sammenheng som gjør det mulig for cellene å gjenkjenne at det er et gen og bruke det til å lage et nytt protein.

Det er fire viktige elementer som er felles for nesten alle gentekniske prosedyrer:

1. Først trenger du et gen. Dette betyr at du trenger det fysiske DNA-molekylet med de spesielle basesekvensene. Tradisjonelt ble disse sekvensene oppnådd direkte fra en organisme ved bruk av en hvilken som helst av flere vanskelige teknikker. I dag, i stedet for å utvinne DNA fra en organisme, syntetiserer forskere typisk bare fra de grunnleggende A-, T, C, G-kjemikaliene. Når det er oppnådd, kan sekvensen settes inn i et stykke bakterielt DNA som er som et lite kromosom (et plasmid), og siden bakterier replikerer raskt, kan så mye av genet som nødvendig gjøres.
2. Når du har genet, må du plassere det i en DNA-streng omgitt av den høyre omkringliggende DNA-sekvensen slik at cellen kan gjenkjenne den og uttrykke den. Hovedsakelig betyr dette at du trenger en liten DNA-sekvens som kalles en promoter som signalerer cellen for å uttrykke genet.
3. I tillegg til hovedgenet som skal settes inn, er det ofte nødvendig med et andre gen for å gi en markør eller et valg. Dette andre genet er i det vesentlige et verktøy som brukes til å identifisere cellene som inneholder genet.
4. Endelig er det nødvendig å ha en metode for å levere det nye DNA (e., Promotor, nytt gen og seleksjonsmarkør) inn i organismens celler. Det finnes en rekke måter å gjøre dette på. For planter er min favoritt genpistol-tilnærmingen som bruker en modifisert 22-riffel til å skyte DNA-belagt wolfram eller gullpartikler inn i celler.

Med dyrceller finnes det en rekke transfeksjonsreagenser som belegger eller komplekser DNA'et og gjør det mulig å passere gjennom cellemembranene. Det er også vanlig at DNA blir spleiset sammen med modifisert viralt DNA som det kan brukes som en genvektor for å bære genet inn i cellene. Det modifiserte virale DNA kan innkapsles med normale virale proteiner for å lage en pseudovirus som kan infisere celler og sette DNA'en som bærer genet, men ikke replikere for å lage nytt virus.

For mange dikotplanter kan genet bli plassert i en modifisert variant av T-DNA-bæreren av Agrobacterium tumefaciens-bakteriene. Det er også noen andre tilnærminger. Imidlertid, med de fleste, plukker bare et lite antall celler genet som lager utvalg av de konstruerte cellene en kritisk del av denne prosessen. Derfor er et valg eller markørgen vanligvis nødvendig.

Men hvordan lager du en genetisk utviklet mus eller tomat?

En GMO er en organisme med millioner av celler, og teknikken ovenfor beskriver bare hvordan man skal genetisk manipulere enkelte celler. Imidlertid involverer prosessen for å generere en hel organisme i hovedsak bruk av disse gentekniske teknikker på kimceller (f.eks. Sperm og eggceller). Når nøkkelgenet er satt inn, bruker resten av prosessen i utgangspunktet genetiske avlsteknikker for å produsere planter eller dyr som inneholder det nye genet i alle cellene i kroppen. Genetikk er egentlig bare ferdig med celler. Biologi gjør resten.