Что такое ГМО и как они производятся?

Что такое ГМО?

ГМО – это сокращение от «генетически модифицированный организм». Генетическая модификация существует уже несколько десятилетий и является наиболее эффективным и быстрым способом создания растения или животного с определенным признаком или характеристикой. Это позволяет точные, специфические изменения последовательности ДНК. Поскольку ДНК, по сути, представляет собой план всего организма, изменения в ДНК меняют то, чем является организм и что он может делать. Методы манипулирования ДНК были разработаны только за последние 40 лет.

Как вы генетически модифицируете организм? На самом деле это довольно широкий вопрос. Организмом может быть растение, животное, гриб или бактерия, и все они могут быть генетически модифицированы уже почти 40 лет. Первыми генно-инженерными организмами были бактерии в начале 1970-х годов. С тех пор генетически модифицированные бактерии стали рабочей лошадкой сотен тысяч лабораторий, занимающихся генетическими модификациями как растений, так и животных. Большинство основных перетасовок и модификаций генов разрабатываются и готовятся с использованием бактерий, в основном некоторых разновидностей E. coli, затем переносятся на организмы-мишени.

Общий подход для генетически измененных растений, животных или микробов концептуально очень похож. Однако есть некоторые различия в конкретных методах из-за общих различий между растительными и животными клетками. Например, клетки растений имеют клеточные стенки, а клетки животных – нет.

Причины генетических модификаций растений и животных

Генетически модифицированные животные предназначены в основном только для исследовательских целей, где они часто используются в качестве модельных биологических систем для разработки лекарств. Были созданы некоторые генетически модифицированные животные для других коммерческих целей, такие как флуоресцентные рыбы в качестве домашних животных и генетически модифицированные комары для борьбы с комарами-переносчиками болезней. Однако это относительно ограниченное применение за пределами фундаментальных биологических исследований. До сих пор ни одно генетически модифицированное животное не было одобрено в качестве источника пищи. Однако вскоре это может измениться с появлением AquaAdvantage Salmon, который проходит процесс утверждения.

Однако с растениями ситуация иная. Хотя многие растения модифицируются для исследований, цель большинства генетических модификаций сельскохозяйственных культур состоит в том, чтобы создать штамм растений, который был бы коммерчески или социально полезен. Например, урожайность можно повысить, если сконструировать растения с повышенной устойчивостью к болезнетворным вредителям, таким как папайя радуги, или с возможностью роста в негостеприимных, возможно, более холодных регионах. Фрукты, которые остаются спелыми дольше, например, «Бесконечные летние помидоры», дают больше времени для хранения после сбора урожая. Кроме того, были добавлены свойства, повышающие питательную ценность, такие как золотой рис, богатый витамином А, или полезность фруктов, например, арктические яблоки, не окрашенные в коричневый цвет..

По сути, можно ввести любую черту, которая может проявиться путем добавления или ингибирования определенного гена. Также можно управлять признаками, требующими нескольких генов, но это требует более сложного процесса, который еще не был достигнут с товарными культурами.

Что такое ген?

Прежде чем объяснять, как новые гены внедряются в организмы, важно понять, что такое ген. Как многие, вероятно, знают, гены состоят из ДНК, которая частично состоит из четырех оснований, обычно обозначаемых просто как A, T, C, G. Линейный порядок этих оснований в ряду вниз по цепи ДНК гена можно представить как код для определенного белка, как буквы в строке текстового кода для предложения.

Белки – это большие биологические молекулы, состоящие из аминокислот, связанных между собой в различные комбинации. Когда правильная комбинация аминокислот связана вместе, аминокислотная цепь складывается вместе в белок с определенной формой и правильными химическими характеристиками, чтобы позволить ему выполнять определенную функцию или реакцию. Живые существа в основном состоят из белков. Некоторые белки представляют собой ферменты, катализирующие химические реакции; другие транспортируют материал в клетки, а некоторые действуют как переключатели, активируя или дезактивируя другие белки или белковые каскады. Итак, когда вводится новый ген, он дает клетке последовательность кода, позволяющую ей создать новый белок.

Как клетки организуют свои гены. ?

В клетках растений и животных почти вся ДНК упорядочена в несколько длинных цепей, скрученных в хромосомы. На самом деле гены – это всего лишь небольшие участки длинной последовательности ДНК, составляющей хромосому. Каждый раз, когда клетка реплицируется, сначала реплицируются все хромосомы. Это центральный набор инструкций для клетки, и каждая клетка-потомок получает копию. Итак, чтобы ввести новый ген, который позволяет клетке производить новый белок, который придает определенный признак, нужно просто вставить немного ДНК в одну из длинных цепей хромосомы. После вставки ДНК будет передана любым дочерним клеткам, когда они будут реплицироваться так же, как и все другие гены.

Фактически, определенные типы ДНК могут быть сохраняются в клетках отдельно от хромосом, и гены могут быть введены с использованием этих структур, поэтому они не интегрируются в хромосомную ДНК. Однако при таком подходе, поскольку хромосомная ДНК клетки изменена, обычно не сохраняется во всех клетках после нескольких репликаций. Для постоянных и наследуемых генетических модификаций, таких как процессы, используемые для инженерии сельскохозяйственных культур, используются хромосомные модификации.

Как вставляется новый ген?

Под генной инженерией подразумевается просто вставка новой базовой последовательности ДНК (обычно соответствующей целому гену) в хромосомную ДНК организма. Это может показаться концептуально простым, но технически становится немного сложнее.. Есть много технических деталей, связанных с получением правильной последовательности ДНК с правильными сигналами в хромосоме в правильном контексте, что позволяет клеткам распознать, что это ген, и использовать его для создания нового белка.

Есть четыре ключевых элемента, общих почти для всех процедур генной инженерии:

  1. Во-первых, тебе нужен ген. Это означает, что вам нужна физическая молекула ДНК с определенными последовательностями оснований. Традиционно эти последовательности получали непосредственно из организма с использованием любого из нескольких трудоемких методов. В настоящее время вместо того, чтобы извлекать ДНК из организма, ученые обычно просто синтезируют основные химические вещества A, T, C, G. После получения последовательность может быть вставлена ​​в фрагмент бактериальной ДНК, который похож на небольшую хромосому (плазмиду), и, поскольку бактерии быстро реплицируются, можно получить столько гена, сколько необходимо.
  2. Когда у вас есть ген, вам нужно поместить его в цепь ДНК, окруженную правильной окружающей последовательностью ДНК, чтобы клетка могла его распознать и выразить. В основном это означает, что вам нужна небольшая последовательность ДНК, называемая промотором, который сигнализирует клетке о экспрессии гена.
  3. Помимо основного гена, который должен быть вставлен, часто требуется второй ген для укажите маркер или выделение. Этот второй ген, по сути, является инструментом, используемым для идентификации клеток, содержащих ген.
  4. Наконец, необходим метод доставки новой ДНК (т.е. промотор, новый ген и селекция). маркер) в клетки организма. Есть несколько способов сделать это. Что касается растений, то мне больше всего нравится метод генной пушки, в котором используется модифицированная винтовка 22 для попадания в клетки покрытых ДНК частиц вольфрама или золота.

Что касается животных клеток, существует ряд реагентов для трансфекции, которые покрывают или образуют комплекс ДНК и позволяют ей проходить через клеточные мембраны. Также распространено сращивание ДНК с модифицированной вирусной ДНК, которую можно использовать в качестве генного вектора для переноса гена в клетки. Модифицированная вирусная ДНК может быть инкапсулирована с нормальными вирусными белками для создания псевдовируса, который может инфицировать клетки и вставлять ДНК, несущую ген, но не реплицироваться для создания нового вируса.

Для многих двудольных растений ген может быть помещен в модифицированный вариант носителя Т-ДНК бактерии Agrobacterium tumefaciens. Есть и несколько других подходов. Однако в большинстве случаев только небольшое количество клеток улавливает ген, что делает отбор сконструированных клеток важной частью этого процесса. Вот почему обычно необходим селекционный или маркерный ген.

Но как сделать генетически модифицированную мышь или помидор?

ГМО – это организм с миллионами клеток, и описанный выше метод на самом деле описывает только то, как генетически сконструировать отдельные клетки.. Однако процесс создания целого организма по существу включает использование этих методов генной инженерии на половых клетках (то есть сперматозоидах и яйцеклетках). После того, как ключевой ген вставлен, остальная часть процесса в основном использует методы генетического разведения для получения растений или животных, которые содержат новый ген во всех клетках своего тела. Генная инженерия на самом деле просто применяется к клеткам. Все остальное сделает биология.

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий