Što su GMO i kako se proizvode?

GMO je skraćenica za "genetski modificirani organizam". Genetička modifikacija postoji već desetljećima i je najučinkovitiji i najbrži način stvaranja biljke ili životinje s određenom osobinom ili karakteristika. Omogućuje precizne, specifične promjene u nizu DNK. Budući da DNK u osnovi sadrži nacrt čitavog organizma, promjene u DNK mijenjaju što je organizam i što on može učiniti. Tehnike manipulacije DNA razvijale su se tek u zadnjih 40 godina.

Kako genetski modificirate organizam? Zapravo, ovo je prilično široko pitanje. Organizam može biti biljka, životinja, gljiva ili bakterija, a sve to može biti, i bilo je genetički izrađeno gotovo 40 godina. Prvi genetski inženjerni organizmi bili su bakterija u ranim 1970-ima. Od tada, genetski modificirane bakterije postale su konji stotina tisuća laboratorija koji rade genetske modifikacije i na biljkama i na životinjama. Većina osnovnih miješanja i modifikacija gena dizajnirana je i pripremljena pomoću bakterija, uglavnom nekih varijacija E. coli, a zatim preneseno na ciljne organizme.

Općeniti pristup za genetski mijenjanje biljaka, životinja ili mikroba konceptualno je prilično sličan. Međutim, postoje neke razlike u specifičnim tehnikama zbog općih razlika između biljnih i životinjskih stanica. Na primjer, biljne stanice imaju stanične stijenke a životinjske stanice nemaju.

Genetski modificirane životinje uglavnom su samo u istraživačke svrhe, gdje se često koriste model bioloških sustava za razvoj lijekova. Bilo je genetski modificiranih životinja razvijenih u druge komercijalne svrhe, poput fluorescentna riba kao kućni ljubimci i genetski modificirani komarci koji pomažu u kontroli komaraca koji prenose bolest. Međutim, ovo je relativno ograničena primjena izvan osnovnih bioloških istraživanja. Do sada nijedna genetski modificirana životinja nije odobrena kao izvor hrane. To bi se, međutim, uskoro moglo promijeniti s AquaAdvantage lososom koji dolazi putem postupka odobrenja.

S biljkama je, međutim, situacija drugačija. Iako je puno biljaka modificirano za istraživanje, cilj većine genetskih modifikacija usjeva je napraviti biljni soj koji je komercijalno ili društveno koristan. Na primjer, urod se može povećati ako su biljke proizvedene s poboljšanom otpornošću na štetočine koji uzrokuju bolest Rainbow Papayaili sposobnost rasta u negostoljubivoj, možda hladnijoj regiji. Voće koje ostaje zrelo duže, kao što je Beskrajne ljetne rajčice, pruža više vremena za skladištenje nakon žetve za upotrebu. Također, osobine koje povećavaju hranjivu vrijednost, kao što su Zlatni riž dizajniran tako da bude bogat vitaminom A ili korisnošću voća, poput one smeđe boje Arktičke jabuke također su napravljeni.

U osnovi, svaka osobina koja se može očitovati dodavanjem ili inhibicijom određenog gena, može se uvesti. Mogu se upravljati i osobinama koje zahtijevaju više gena, ali to zahtijeva složeniji postupak koji s komercijalnim kulturama još nije postignut.

Prije nego što objasnite kako se novi geni stavljaju u organizme, važno je razumjeti što je gen. Kao što vjerojatno mnogi znaju, geni su izrađeni od DNK, koja se dijelom sastoji od četiri baze koje se obično bilježe kao jednostavno A, T, C, G. Linearni redoslijed ovih baza u nizu niz DNA gena može se smatrati šifrom za određeni protein, kao slova u retku tekstnog koda za rečenicu.

Proteini su velike biološke molekule načinjene od aminokiselina povezanih zajedno u različitim kombinacijama. Kad se ispravna kombinacija aminokiselina spoji zajedno, lanac aminokiselina se savija u protein s određenim oblikom i pravim kemijskim svojstvima da mu omoguće obavljanje određene funkcije ili reakcija. Živa bića su u velikoj mjeri sastavljena od bjelančevina. Neki proteini su enzimi koji kataliziraju kemijske reakcije; drugi transportiraju materijal u stanice, a neki djeluju kao prekidači koji aktiviraju ili deaktiviraju ostale proteine ​​ili proteinske kaskade. Dakle, kada se uvede novi gen, on ćeliji daje kodni slijed kako bi omogućio da napravi novi protein.

U biljkama i životinjskim stanicama gotovo čitav DNK raspoređuje se u nekoliko dugih niti namotanih u kromosome. Geni su zapravo samo mali dijelovi dugog niza DNK koji čine kromosom. Svaki put kad se stanica replicira, svi se kromosomi prvo repliciraju. Ovo je središnji skup uputa za stanicu, a svaka potomka dobiva primjerak. Dakle, da bismo uveli novi gen koji ćeliji omogućuje stvaranje novog proteina koji daje određenu osobinu, potrebno je jednostavno umetnuti malo DNK u jedan od dugih lanaca kromosoma. Jednom kad se umetne, DNK će se proslijediti bilo kojim kćerinim stanicama kad se stanice umnože kao i svi drugi geni.

Zapravo, izvjesno vrste DNK mogu se održavati u stanicama odvojenim od kromosoma i geni se mogu uvesti koristeći ove strukture, tako da se oni ne integriraju u kromosomsku DNK. Međutim, s tim pristupom, s obzirom na to da je stanični kromosomski DNK izmijenjen, obično se ne održava u svim stanicama nakon nekoliko replikacija. Za trajne i nasljedne genetske modifikacije, poput onih procesa za inženjerstvo, koriste se kromosomske modifikacije.

Genetski inženjering jednostavno se odnosi na umetanje nove bazne sekvence DNA (koja obično odgovara čitavom genu) u kromosomsku DNK organizma. To se može činiti konceptualno izravno, ali tehnički postaje malo složenije. Mnogo je tehničkih detalja uključenih u dobivanje pravog niza DNK s pravim signalima u ulaz kromosom u pravom kontekstu koji ćelijama omogućuje da prepoznaju da je gen i koriste ga za stvaranje novog protein.

Postoje četiri ključna elementa koji su zajednički za gotovo sve postupke genetskog inženjeringa:

1. Prvo, treba vam gen. To znači da vam je potrebna fizička molekula DNA s određenim baznim nizovima. Tradicionalno, ove sekvence dobivene su izravno iz organizma pomoću bilo koje od napornih tehnika. Danas znanstvenici, umjesto da ekstrahiraju DNK iz organizma, obično samo sintetiziraju iz osnovnih A, T, C, G kemikalija. Kad se dobije, niz se može umetnuti u djelić bakterijske DNK koji je poput malog kromosoma (plazmida) i, budući da se bakterije brzo razmnožavaju, može se stvoriti onoliko gena koliko je potrebno.
2. Nakon što ste stekli gen, trebate ga smjestiti u DNA lanac okružen pravim okolnim slijedom DNA kako bi stanica mogla da ga prepozna i izrazi. To u principu znači da vam je potreban mali slijed DNA nazvan promotor koji signalizira stanici da eksprimira gen.
3. Pored glavnog gena koji treba umetnuti, često je potreban drugi gen da bi se dobio marker ili selekcija. Ovaj drugi gen je u osnovi alat koji se koristi za identificiranje stanica koje sadrže gen.
4. Napokon, potrebno je imati metodu isporuke nove DNK (tj. Promotora, novog gena i selekcijskog markera) u stanice organizma. Postoji nekoliko načina za to. Za biljke, moj omiljeni je genskog pištolja pristup koji koristi modificiranu 22 pušku za pucanje čestica volframa ili zlata presvučenih u stanice u stanice.

Sa životinjskim stanicama postoji niz transfekcijski reagensi taj sloj ili složeni DNK i omogućuju mu prolazak kroz stanične membrane. Također je uobičajeno da se DNA spoji sa modificirana virusna DNA da se to može koristiti kao genski vektor za prenošenje gena u stanice. Modificirana virusna DNA može se inkapsulirati s normalnim virusnim proteinima da bi se stvorio pseudovirus koji može zaraziti stanice i umetnuti DNK koji nosi gen, ali ne replicirati da bi napravio novi virus.

Za mnoge biljke diktata gen se može smjestiti u modificiranu varijantu nosača T-DNA bakterije Agrobacterium tumefaciens. Postoji i nekoliko drugih pristupa. Međutim, s većinom, samo mali broj stanica pokupi gen što čini odabir inženjeriranih stanica kritičnim dijelom ovog procesa. Zbog toga je odabir ili marker gen obično potreban.

GMO je organizam s milijunima stanica, a gornja tehnika samo stvarno opisuje kako genetički inženjerirati pojedine stanice. Međutim, proces generiranja cijelog organizma u osnovi uključuje upotrebu ovih tehnika genetskog inženjeringa na klice (tj. Na spermi i jajne stanice). Jednom kada se ključni gen umetne, ostatak procesa koristi genetske tehnike uzgoja za proizvodnju biljaka ili životinja koje sadrže novi gen u svim stanicama u njihovom tijelu. Genetski inženjering se stvarno upravo vrši na stanicama. Biologija čini ostalo.