Что такое ГМО и как они сделаны?

Что такое ГИО?

ГМО не подходит для «генетически модифицированного организма». Генетическая модификация существует в течение десятилетий и является наиболее эффективным и быстрым способом создания растения или животного с определенной чертой или характеристикой. Он позволяет точно определить конкретные изменения последовательности ДНК. Поскольку ДНК по существу содержит план для всего организма, изменения ДНК изменяют функции, на которые способен организм.

На самом деле нет другого способа сделать это, кроме как используя методы, разработанные за последние 40 лет, чтобы напрямую манипулировать ДНК.

Как вы генетически модифицируете организм? На самом деле, это довольно широкий вопрос. Организм может быть растением, животным, грибом или бактериями, и все они могут быть генетически модифицированы в течение почти 40 лет. Первыми генетически модифицированными организмами были бактерии в начале 1970-х годов. С тех пор генетически модифицированные бактерии стали рабочей лошадкой сотен тысяч лабораторий, производящих генетические модификации как на растениях, так и на животных. Большинство базовых перетасовки и модификации генов разработаны и приготовлены с использованием бактерий, в основном, с некоторыми изменениями E. coli, а затем переносятся на целевые организмы.

Общий подход к генетическому изменению растений, животных или микробов концептуально очень похож. Однако существуют некоторые различия в конкретных методах из-за общих различий между клетками растений и животных.

Например, клетки растений имеют клеточные стенки, а клетки животных - нет.

Причины генетических изменений растений и животных

Животные GM в основном предназначены для исследовательских целей, часто в качестве модельных биологических систем, используемых для разработки лекарств. Были некоторые животные GM, разработанные для других коммерческих целей, такие как флуоресцентные рыбы в качестве домашних животных, и GM-комары, чтобы помочь контролировать москиты, переносящие болезни.

Однако это относительно ограниченное применение вне фундаментальных биологических исследований. До сих пор ни один из животных GM не был одобрен в качестве источника пищи. Вскоре, однако, это может измениться с помощью AquaAdvantage Salmon, который пробивается через процесс утверждения.

С растениями, однако, ситуация другая. В то время как множество растений модифицировано для исследований, целью большинства генетических модификаций культур является создание растительного штамма, коммерчески или социально выгодного. Например, урожайность может быть увеличена, если растения сконструированы с повышенной устойчивостью к болезнетворным вредителям, таким как Радуга Папайя, или способность вырасти в неприветливой, возможно более холодной области. Фрукты, которые дольше созревают, такие как Endless Summer Tomatoes, обеспечивают больше времени на время шельфа после сбора урожая для использования. Кроме того, также были созданы черты, повышающие пищевую ценность, такие как «Золотой рис», предназначенный для богатого витамина А, или полезность фруктов, таких как неокрашенные арктические яблоки.

По существу, может быть введена любая черта, которая может быть проявлена ​​с добавлением или ингибированием определенного гена. Можно также управлять чертами, которые требуют нескольких генов, но для этого требуется более сложный процесс, который еще не был достигнут с использованием коммерческих культур.

Что такое ген?

Прежде чем объяснить, как новые гены попадают в организмы, важно понять, что такое ген. Как известно многим, гены состоят из ДНК, которая частично состоит из четырех оснований, обычно обозначаемых просто A, T, C, G. Линейный порядок этих оснований в ряду по цепочке ДНК гена можно рассматривать как код для конкретного белка, так же как буквы в строке текстового кода для предложения.

Белки - это большие биологические молекулы, состоящие из аминокислот, связанных друг с другом в различных комбинациях. Когда правильная комбинация аминокислот связана между собой, аминокислотная цепь складывается вместе в белок с определенной формой и правильными химическими свойствами вместе, чтобы позволить ему выполнять определенную функцию или реакцию. Живые вещи состоят в основном из белков. Некоторые белки являются ферментами, которые катализируют химические реакции; другие переносят материал в клетки, а некоторые действуют как переключатели, активирующие или дезактивирующие другие белки или белковые каскады.

Итак, когда вводится новый ген, он дает клетке кодовую последовательность, позволяющую ей создать новый белок.

Как клетки строят свои гены?

В растениях и клетках животных почти вся ДНК упорядочена в нескольких длинных нитях, которые попадают в хромосомы. Гены на самом деле являются лишь небольшими участками длинной последовательности ДНК, составляющей хромосому. Каждый раз, когда ячейка реплицируется, все хромосомы реплицируются первыми. Это центральный набор инструкций для ячейки, и каждая ячейка потомства получает копию. Таким образом, чтобы ввести новый ген, который позволяет клетке создавать новый белок, который придает конкретный признак, нужно просто вставить немного ДНК в одну из длинных хромосомных нитей. После введения ДНК будет передаваться любым дочерним клеткам, когда они будут реплицироваться, как и все другие гены.

Фактически, некоторые типы ДНК могут поддерживаться в клетках, отделенных 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 изменяется, как правило, не сохраняется во всех клетках после нескольких повторений. Для постоянной и наследуемой генетической модификации, например тех процессов, которые используются для земледелия, используются хромосомные модификации.

Как добавлен новый ген?

Генетическая инженерия просто относится к вставке новой последовательности ДНК-основы (обычно соответствующей целым генам) в хромосомную ДНК организма. Это может показаться концептуально простым, но технически, оно становится немного сложнее. Есть много технических деталей, связанных с получением правильной последовательности ДНК с правильными сигналами в хромосоме в правильном контексте, что позволяет клеткам распознавать ее как ген и использовать ее для создания нового белка.

Существует четыре ключевых элемента, которые являются общими для почти всех процедур генной инженерии:

1. Во-первых, вам нужен ген. Это означает, что вам нужна физическая молекула ДНК с конкретными последовательностями оснований. Традиционно эти последовательности были получены непосредственно из организма с использованием любого из нескольких трудоемких методов. В наше 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 кусок бактериальной ДНК, который похож на небольшую хромосому (плазмиду), и, поскольку бактерии быстро реплицируются, как можно больше гена по мере необходимости.
2. После того как у вас есть ген, вам нужно поместить его в цепочку ДНК, окруженную нужной последовательностью ДНК, чтобы клетка могла ее распознать и выразить. В основном это означает, что вам нужна небольшая последовательность ДНК, называемая промотором, которая сигнализирует клетке о выражении гена.
3. В дополнение к основному гену, который должен быть вставлен, часто необходим второй ген, чтобы обеспечить маркер или выбор. Этот второй ген по существу является инструментом, используемым для идентификации клеток, которые содержат ген.
4. Наконец, необходимо иметь способ доставки новой ДНК (то есть промотора, нового гена и маркера селекции) в клетки организма. Существует несколько способов сделать это. Для растений моим любимым является подход с геномной пистолетом, который использует модифицированную 22 винтовку для съемки вольфрама или частиц золота с покрытием из ДНК в клетки.

С животными клетками существует ряд трансфекционных реагентов, которые покрывают или сложную ДНК и позволяют ей проходить через клеточные мембраны. Также широко распространена ДНК для сращивания вместе с модифицированной вирусной ДНК, которая может быть использована в качестве вектора гена для переноса гена в клетки. Модифицированную вирусную ДНК можно инкапсулировать нормальными вирусными белками, чтобы сделать псевдовирус, который может инфицировать клетки и вставить ДНК, несущую ген, но не реплицироваться, чтобы сделать новый вирус.

Для многих растений двудольных ген может быть помещен в модифицированный вариант носителя Т-ДНК бактерий Agrobacterium tumefaciens. Есть еще несколько подходов. Однако в большинстве случаев только небольшое количество клеток забирает ген, делающий выбор сконструированных клеток важной частью этого процесса. Вот почему ген выбора или маркера обычно необходим.

Но, как вы делаете генно-инженерную мышь или помидор?

ГМО - это организм с миллионами клеток, и вышеописанная техника действительно описывает, как генетически разрабатывать отдельные клетки. Однако процесс генерации целого организма по существу включает использование этих методов генной инженерии для зародышевых клеток (то есть спермы и яичных клеток). После того, как ключевой ген вставлен, остальная часть процесса в основном использует методы генетического размножения для производства растений или животных, которые содержат новый ген во всех клетках их тела. Генетическая инженерия действительно просто делается для клеток. Биология делает все остальное.