ما هي الكائنات المعدلة وراثيا وكيف أنها صنعت؟

ما هو الكائنات المعدلة وراثيا؟

الكائنات المعدلة وراثيا قصيرة ل "الكائنات المعدلة وراثيا." التعديل الوراثي كان على مدى عقود، هو الطريقة الأكثر فعالية وسريعة لإنشاء نبات أو حيوان مع سمة معينة أو مميزة. فإنه يتيح تغييرات محددة دقيقة لتسلسل الحمض النووي. لأن الحمض النووي يتكون أساسا مخطط للكائن الحي كله، والتغيرات في الحمض النووي تغيير وظائف الكائن الحي هو قادر على.

لا توجد طريقة أخرى للقيام بذلك إلا باستخدام التقنيات التي تم تطويرها على مدى السنوات الأربعين الماضية للتلاعب المباشر في الحمض النووي.

كيف تقوم بتعديل كائن حي وراثيا؟ في الواقع، هذا سؤال واسع جدا. يمكن أن يكون الكائن الحي نباتا أو حيوانا أو فطريا أو بكتريا، وكل هذه الكائنات يمكن أن تكون، وقد تم تصميمها وراثيا منذ ما يقرب من 40 عاما. وكانت أول الكائنات الحية المعدلة وراثيا هي البكتيريا في أوائل السبعينيات. ومنذ ذلك الحين، أصبحت البكتيريا المعدلة وراثيا العمود الفقري لمئات الآلاف من المختبرات التي تجري تعديلات جينية على كل من النباتات والحيوانات. تم تصميم ومعالجة معظم الجينات الأساسية والتعديلات وإعدادها باستخدام البكتيريا، وذلك أساسا بعض الاختلاف من E. القولونية، ثم نقلها إلى الكائنات المستهدفة.

إن المقاربة العامة لتغيير النباتات والحيوانات والميكروبات جينيا مشابهة تماما من الناحية النظرية. ومع ذلك، هناك بعض الاختلافات في تقنيات محددة بسبب الاختلافات العامة بين الخلايا النباتية والحيوانية.

على سبيل المثال، الخلايا النباتية لها جدران الخلايا والخلايا الحيوانية لا.

أسباب التعديلات الوراثية للنباتات والحيوانات

يتم تصنيع الحيوانات المعدلة وراثيا في المقام الأول لأغراض البحث، وغالبا ما تكون النظم البيولوجية النموذجية المستخدمة في تطوير المخدرات. كانت هناك بعض الحيوانات المعدلة وراثيا وضعت لأغراض تجارية أخرى، مثل الأسماك الفلورسنت كحيوانات أليفة، والبعوض جنرال موتورز للمساعدة في السيطرة على البعوض حامل الأمراض.

ومع ذلك، فإن هذه التطبيقات محدودة نسبيا خارج البحوث البيولوجية الأساسية. وحتى الآن، لم يتم الموافقة على الحيوانات المعدلة وراثيا كمصدر للغذاء. قريبا، على الرغم من ذلك، قد تتغير مع سلمون أكواادفانتاج الذي يجعل طريقه من خلال عملية الموافقة.

مع النباتات، ومع ذلك، فإن الوضع مختلف. في حين يتم تعديل الكثير من النباتات للبحوث، والهدف من معظم التعديل الجيني المحاصيل هو جعل سلالة النبات التي هي مفيدة تجاريا أو اجتماعيا. على سبيل المثال، يمكن زيادة الغلة إذا تم تصميم النباتات مع مقاومة محسنة للآفات المسببة للأمراض مثل قوس قزح البابايا، أو القدرة على النمو في منطقة قاسية، وربما أكثر برودة. الفاكهة التي تبقى ناضجة أطول، مثل الطماطم الصيف التي لا نهاية لها، ويوفر المزيد من الوقت لوقت الرف بعد الحصاد للاستخدام. أيضا، الصفات التي تعزز القيمة الغذائية، مثل الأرز الذهبي مصممة لتكون غنية بفيتامين A، أو فائدة الفاكهة، مثل غير براوننج التفاح القطب الشمالي أيضا.

أساسا، أي سمة يمكن أن تتجلى مع إضافة أو تثبيط جينة معينة، ويمكن إدخال. ويمكن أيضا إدارة السمات التي تتطلب جينات متعددة، ولكن هذا يتطلب عملية أكثر تعقيدا لم تتحقق بعد مع المحاصيل التجارية.

ما هو جين؟

قبل شرح كيفية وضع الجينات الجديدة في الكائنات الحية، من المهم أن نفهم ما هو الجين. كما يعرف الكثيرون على الأرجح، فإن الجينات مصنوعة من الحمض النووي، والتي تتكون جزئيا من أربع قواعد يشيع ذكرها على أنها ببساطة A، T، C، G. ويمكن اعتبار الترتيب الخطي لهذه القواعد في صف أسفل الحمض النووي من الجين كما وهو رمز لبروتين معين، تماما كما الحروف في سطر من النص لرمز الجملة.

البروتينات هي جزيئات بيولوجية كبيرة مصنوعة من الأحماض الأمينية ترتبط معا في توليفات مختلفة. عندما يرتبط الجمع الصحيح من الأحماض الأمينية معا، سلسلة الأحماض الأمينية تطوى معا في بروتين مع شكل معين والسمات الكيميائية الصحيحة معا لتمكينه من أداء وظيفة معينة أو رد فعل. تتكون الأشياء الحية إلى حد كبير من البروتينات. بعض البروتينات هي الإنزيمات التي تحفز التفاعلات الكيميائية. والبعض الآخر نقل المواد في الخلايا وبعضها بمثابة مفاتيح تفعيل أو تعطيل بروتينات أخرى أو بروتين شلالات.

لذلك، عندما يتم إدخال جين جديد، فإنه يعطي الخلية تسلسل التعليمات البرمجية لتمكينها من جعل البروتين الجديد.

كيف تقوم الخلايا بتنظيم جيناتها؟

في الخلايا النباتية والحيوانية، يتم ترتيب كل الحمض النووي تقريبا في عدة فروع طويلة تصل إلى الكروموسومات. الجينات هي في الواقع مجرد أقسام صغيرة من تسلسل طويل من الحمض النووي تشكل كروموسوم. في كل مرة تكرر خلية، يتم نسخ كل الكروموسومات أولا. هذه هي المجموعة المركزية من التعليمات للخلية، وكل خلية نسل يحصل على نسخة. لذلك، لإدخال جين جديد يسمح للخلية ببروتين جديد يمنح سمة معينة، يحتاج المرء ببساطة إلى إدخال القليل من الحمض النووي في أحد خيوط الكروموسوم الطويلة. مرة واحدة إدراجها، سيتم تمرير الحمض النووي إلى أي خلايا ابنة عندما تكرر الخلية تماما مثل جميع الجينات الأخرى.

في الواقع، يمكن الحفاظ على أنواع معينة من الحمض النووي في خلايا منفصلة عن الكروموسومات ويمكن إدخال الجينات باستخدام هذه الهياكل بحيث لا تتكامل مع الحمض النووي الكروموسومات. ومع ذلك، مع هذا النهج، منذ يتم تغيير دنا الخلية الكروموسومات عادة لا يتم الاحتفاظ في جميع الخلايا بعد عدة مكررات. من أجل التعديل الجيني الدائم والوراثي، مثل تلك العمليات المستخدمة في هندسة المحاصيل، يتم استخدام التعديلات الكروموسومية.

كيف يتم إدراج جين جديد؟

الهندسة الوراثية ببساطة تشير إلى إدخال تسلسل قاعدة دنا جديد (عادة ما يقابل جينة كاملة) في الحمض النووي الكروموسومي للكائن الحي. قد يبدو هذا واضحا من الناحية النظرية، ولكن من الناحية الفنية، فإنه يحصل على أكثر تعقيدا قليلا. هناك العديد من التفاصيل الفنية المشاركة في الحصول على تسلسل الحمض النووي الصحيح مع الإشارات الصحيحة في الكروموسوم في السياق الصحيح الذي تمكن الخلايا من التعرف عليه هو الجينات واستخدامها لجعل بروتين جديد.

هناك أربعة عناصر رئيسية مشتركة بين جميع إجراءات الهندسة الوراثية تقريبا:

1. أولا، تحتاج إلى جين. هذا يعني أنك بحاجة إلى جزيء الحمض النووي الفيزيائي مع تسلسل قاعدة معينة. تقليديا، تم الحصول على هذه المتواليات مباشرة من كائن حي باستخدام أي من عدة تقنيات شاقة. في الوقت الحاضر، بدلا من استخراج الحمض النووي من كائن حي، والعلماء عادة مجرد توليف من المواد الأساسية A، T، C، G المواد الكيميائية. وبمجرد الحصول على تسلسل يمكن إدراجها في قطعة من الحمض النووي البكتيري الذي هو مثل كروموسوم صغير (البلازميد)، وبما أن البكتيريا تتكاثر بسرعة، كما يمكن إجراء الكثير من الجينات حسب الحاجة.
2. وبمجرد الحصول على الجين، تحتاج إلى وضعها في حبلا الحمض النووي محاطة الحق في تسلسل الحمض النووي المحيطة لتمكين الخلية من التعرف عليه والتعبير عن ذلك. أساسا، هذا يعني أنك بحاجة إلى تسلسل الحمض النووي صغيرة تسمى المروج الذي يشير إلى الخلية للتعبير عن الجين.
3. بالإضافة إلى الجين الرئيسي الذي سيتم إدراجه، غالبا ما تكون هناك حاجة إلى جين ثان لتوفير علامة أو اختيار. هذا الجين الثاني هو في الأساس أداة تستخدم لتحديد الخلايا التي تحتوي على الجين.
4. وأخيرا، من الضروري أن يكون هناك طريقة لتسليم الحمض النووي الجديد (أي، المروج، الجينات الجديدة، وعلامة الاختيار) في خلايا الكائن الحي. هنالك عدة طرق لعمل هذا. بالنسبة للنباتات، بلدي المفضل هو نهج بندقية الجينات التي تستخدم بندقية 22 المعدلة لاطلاق النار دنا المغلفة التنغستن أو جزيئات الذهب في الخلايا.

مع الخلايا الحيوانية، وهناك عدد من الكواشف ترنسفكأيشن التي معطف أو مجمع الحمض النووي وتمكينه من المرور عبر أغشية الخلايا. ومن الشائع أيضا أن تقسم الحمض النووي جنبا إلى جنب مع الحمض النووي الفيروسي المعدلة التي يمكن استخدامها كمتجه الجينات لنقل الجين في الخلايا. يمكن أن تكون مغلفة الحمض النووي الفيروسي المعدل مع البروتينات الفيروسية العادية لجعل بسيودوفيروس التي يمكن أن تصيب الخلايا وإدراج الحمض النووي تحمل الجين، ولكن لا تتكرر لجعل فيروس جديد.

بالنسبة لكثير من نباتات ديكوت، يمكن وضع الجين في متغير معدلة من الناقل T- دنا للبكتريا الجراثيم المكورات. وهناك بعض النهج الأخرى أيضا. ومع ذلك، ومعظم، سوى عدد قليل من الخلايا التقاط الجين مما يجعل اختيار الخلايا المهندسة جزءا حاسما من هذه العملية. هذا هو السبب في اختيار أو علامة الجين هو ضروري عادة.

ولكن، كيف يمكنك جعل ماوس هندسيا أو الطماطم؟

و الكائنات المعدلة وراثيا هو كائن حي مع الملايين من الخلايا وتقنية أعلاه فقط يصف حقا كيفية الهندسة الوراثية خلايا واحدة. ومع ذلك، فإن عملية لتوليد كائن حي بأكمله ينطوي أساسا على استخدام هذه التقنيات الهندسية الوراثية على الخلايا الجرثومية (ط.، الحيوانات المنوية وخلايا البيض). مرة واحدة يتم إدخال الجينات الرئيسية، وبقية العملية يستخدم أساسا تقنيات تربية الوراثية لإنتاج النباتات أو الحيوانات التي تحتوي على الجينات الجديدة في جميع الخلايا في الجسم. الهندسة الوراثية هي حقا مجرد القيام به للخلايا. علم الأحياء يفعل بقية.