Что такое ГМО и как они сделаны?

ГМО - это сокращение от «генетически модифицированный организм». Генетическая модификация была вокруг в течение десятилетий и является наиболее эффективным и быстрым способом создания растения или животного с определенной чертой или характерная черта. Это позволяет точные, конкретные изменения в последовательности ДНК. Поскольку ДНК, по сути, является основой для всего организма, изменения в ДНК изменяют то, чем является организм и что он может делать. Методы манипулирования ДНК были разработаны только в последние 40 лет.

Как вы генетически модифицируете организм? На самом деле, это довольно широкий вопрос. Организмом может быть растение, животное, грибок или бактерии, и все они могут быть и были созданы генетически в течение почти 40 лет. Первые генно-инженерные организмы 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 разработаны и изготовлены с использованием бактерий, в основном некоторые вариации

Общий подход к генетически измененным растениям, животным или микробам концептуально очень похож. Тем не менее, есть некоторые различия в конкретных методах из-за общих различий между растительными и животными клетками. Например, растительные клетки имеют клеточные стенки и животных клеток нет.

Генетически модифицированные животные предназначены главным образом для исследовательских целей, где их часто используют в качестве модельные биологические системы для разработки лекарств. Там были некоторые генетически модифицированные животные, разработанные для других коммерческих целей, таких как флуоресцентная рыба в качестве домашних животных, и генетически модифицированных комаров, чтобы помочь в борьбе с болезнетворными комарами. Однако это относительно ограниченное применение вне базовых биологических исследований. До сих пор ни одно генетически модифицированное животное не было одобрено в качестве источника пищи. Вскоре, однако, это может измениться с лососем AquaAdvantage, который проходит через процесс одобрения.

Однако с растениями ситуация иная. В то время как многие растения модифицированы для исследований, цель большинства генетических модификаций культур состоит в том, чтобы сделать сорт растения коммерчески или социально выгодным. Например, урожайность может быть увеличена, если растения спроектированы с повышенной устойчивостью к болезнетворным вредителям, таким как Радуга папайяили способность расти в негостеприимном, возможно, более холодном регионе. Фрукты, которые остаются спелыми дольше, такие как Бесконечные летние помидоры, обеспечивает больше времени для хранения после сбора урожая. Кроме того, черты, которые увеличивают пищевую ценность, такие как Золотой рис разработан, чтобы быть богатым витамином А или полезностью фруктов, таких как не подрумянивание Арктические яблоки также были сделаны.

По существу, может быть введен любой признак, который может проявиться с добавлением или ингибированием определенного гена. Также можно управлять признаками, которые требуют нескольких генов, но это требует более сложного процесса, который еще не был достигнут с коммерческими культурами.

Прежде чем объяснить, как новые гены попадают в организмы, важно понять, что такое ген. Как многие, вероятно, знают, гены состоят из ДНК, которая частично состоит из четырех оснований, которые обычно называют 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 крупные биологические молекулы, состоящие из аминокислот, соединенных вместе в различных сочетаниях. Когда правильная комбинация аминокислот связана вместе, аминокислотная цепь складывается вместе в белок с определенной формой и правильными химическими свойствами вместе, чтобы позволить ему выполнять определенную функцию или реакция. Живые существа состоят в основном из белков. Некоторые белки являются ферментами, которые катализируют химические реакции; другие транспортируют материал в клетки, а некоторые действуют как переключатели, активирующие или дезактивирующие другие белки или белковые каскады. Таким образом, когда вводится новый ген, он дает клетке кодовую последовательность, чтобы позволить ей создать новый белок.

В растениях и клетках животных почти вся ДНК упорядочена в несколько длинных нитей, обернутых в хромосомы. Гены на самом деле являются лишь небольшими участками длинной последовательности ДНК, составляющей хромосому. Каждый раз, когда клетка реплицируется, все хромосомы реплицируются первыми. Это центральный набор инструкций для клетки, и каждая ячейка потомства получает копию. Таким образом, чтобы ввести новый ген, который позволяет клетке вырабатывать новый белок, который придает определенный признак, нужно просто вставить немного ДНК в одну из длинных цепей хромосомы. После вставки ДНК будет передаваться любым дочерним клеткам, когда они размножаются, как и все другие гены.

На самом деле, определенный типы ДНК могут поддерживаться в клетках отдельно от хромосом, и гены могут быть введены с использованием этих структур, чтобы они не интегрировались в хромосомную ДНК. Однако при таком подходе, поскольку хромосомная ДНК клетки изменяется, обычно не сохраняется во всех клетках после нескольких повторений. Для постоянной и наследственной генетической модификации, такой как те процессы, которые используются для инженерии сельскохозяйственных культур, используются хромосомные модификации.

Генная инженерия просто означает вставку новой последовательности оснований ДНК (обычно соответствующей целому гену) в хромосомную ДНК организма. Это может показаться концептуально простым, но технически все становится немного сложнее. Есть много технических деталей, связанных с получением правильной последовательности ДНК с правильными сигналами в хромосома в правильном контексте, который позволяет клеткам распознавать его как ген и использовать его для создания нового белка.

Существует четыре ключевых элемента, общих 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 наши дни, вместо того, чтобы извлекать ДНК из организма, ученые обычно просто синтезируют из основных химических веществ A, T, C, G. После получения последовательность может быть вставлена ​​в кусочек бактериальной ДНК, которая похожа на небольшую хромосому (плазмиду), и, поскольку бактерии быстро размножаются, 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 позволить клетке распознать его и экспрессировать. В принципе, это означает, что вам нужна небольшая последовательность ДНК, называемая промотором, который сигнализирует клетке о экспрессии гена.
3. В дополнение к основному гену, который должен быть вставлен, часто требуется второй ген для обеспечения маркера или отбора. Этот второй ген по сути является инструментом, используемым для идентификации клеток, которые содержат ген.
4. Наконец, необходимо иметь способ доставки новой ДНК (то есть промотора, нового гена и селекционного маркера) в клетки организма. Есть несколько способов сделать это. Для растений мой любимый генная пушка подход, который использует модифицированную винтовку 22 для выстрела покрытых ДНК частиц вольфрама или золота в клетки.

С клетками животных существует ряд реагенты для трансфекции которые покрывают или образуют комплекс ДНК и позволяют ей проходить через клеточные мембраны. Также характерно, что ДНК сращивается вместе с модифицированная вирусная ДНК что это может быть использовано в качестве генного вектора для переноса гена в клетки. Модифицированная вирусная ДНК может быть инкапсулирована с нормальными вирусными белками, чтобы создать псевдовирус, который может инфицировать клетки и вставить ДНК, несущую ген, но не размножаться, чтобы создать новый вирус.

Для многих растений двудольных ген может быть помещен в модифицированный вариант носителя Т-ДНК бактерий Agrobacterium tumefaciens. Есть также несколько других подходов. Однако, с большинством, только небольшое количество клеток забирает ген, делая отбор инженерных клеток критической частью этого процесса. Вот почему селекция или маркерный ген обычно необходимы.

ГМО - это организм с миллионами клеток, и приведенная выше методика действительно описывает, 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). Как только ключевой ген вставлен, остальная часть процесса в основном использует генетические методы размножения, чтобы произвести растения или животных, которые содержат новый ген во всех клетках их тела. Генная инженерия действительно делается только для клеток. Биология делает все остальное.