Τι είναι οι ΓΤΟ και πώς γίνονται;

Τι είναι ένας ΓΤΟ;

Ο ΓΤΟ είναι σύντομος για τον "γενετικώς τροποποιημένο οργανισμό". Η γενετική τροποποίηση υπήρξε εδώ και δεκαετίες και είναι ο πιο αποτελεσματικός και γρήγορος τρόπος δημιουργίας ενός φυτού ή ζώου με συγκεκριμένο χαρακτηριστικό ή χαρακτηριστικό. Επιτρέπει συγκεκριμένες συγκεκριμένες αλλαγές στην αλληλουχία DNA. Επειδή το DNA ουσιαστικά περιλαμβάνει το σχέδιο για ολόκληρο τον οργανισμό, αλλαγές στο DNA αλλάζουν τις λειτουργίες που μπορεί να έχει ο οργανισμός. Δεν υπάρχει άλλος τρόπος να το κάνετε αυτό εκτός από τη χρήση των τεχνικών που αναπτύχθηκαν τα τελευταία 40 χρόνια για να χειραγωγήσουν άμεσα το DNA.

Πώς τροποποιείτε γενετικά έναν οργανισμό; Στην πραγματικότητα, αυτή είναι μια αρκετά ευρεία ερώτηση. Ένας οργανισμός μπορεί να είναι ένα φυτό, ένα ζώο, ένας μύκητας ή ένα βακτήριο και όλα αυτά μπορούν και έχουν κατασκευαστεί γενετικά για σχεδόν 40 χρόνια. Οι πρώτοι γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί ήταν βακτήρια στις αρχές της δεκαετίας του '70. Έκτοτε, τα γενετικά τροποποιημένα βακτήρια έχουν γίνει ο άξονας εργασίας εκατοντάδων χιλιάδων εργαστηρίων που πραγματοποιούν γενετικές τροποποιήσεις τόσο στα φυτά όσο και στα ζώα. Οι περισσότερες από τις βασικές μετακινήσεις γονιδίων και οι τροποποιήσεις σχεδιάζονται και παρασκευάζονται χρησιμοποιώντας βακτηρίδια, κυρίως μερικές παραλλαγές του Ε. Coli, και στη συνέχεια μεταφέρονται σε οργανισμούς-στόχους.

Η γενική προσέγγιση για τη γενετική τροποποίηση των φυτών, των ζώων ή των μικροβίων είναι εννοιολογικά αρκετά παρόμοια. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες διαφορές στις συγκεκριμένες τεχνικές λόγω των γενικών διαφορών μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων. Για παράδειγμα, τα φυτικά κύτταρα έχουν κυτταρικά τοιχώματα και τα ζωικά κύτταρα δεν το κάνουν.

Λόγοι Γενετικών Τροποποιήσεων Φυτών και Ζώων

Τα γενετικά τροποποιημένα ζώα παράγονται κυρίως για ερευνητικούς σκοπούς, συχνά ως πρότυπα βιολογικά συστήματα που χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη φαρμάκων. Έχουν αναπτυχθεί μερικά γενετικά τροποποιημένα ζώα για άλλους εμπορικούς σκοπούς, όπως τα φθορίζοντα ψάρια ως κατοικίδια ζώα και τα κουνούπια GM για να βοηθήσουν στην καταπολέμηση των κουνούπια που μεταφέρουν νόσο. Ωστόσο, πρόκειται για σχετικά περιορισμένη εφαρμογή εκτός της βασικής βιολογικής έρευνας. Μέχρι στιγμής, δεν έχουν εγκριθεί γενετικά τροποποιημένα ζώα ως πηγή τροφής. Σύντομα, όμως, αυτό μπορεί να αλλάξει με το Salmon AquaAdvantage που κάνει το δρόμο του μέσα από τη διαδικασία έγκρισης.

Με τα φυτά, ωστόσο, η κατάσταση είναι διαφορετική. Ενώ πολλά φυτά τροποποιούνται για έρευνα, ο στόχος της μεγαλύτερης γενετικής τροποποίησης των καλλιεργειών είναι να παράγουν ένα φυτικό στέλεχος που είναι εμπορικά ή κοινωνικά επωφελές. Για παράδειγμα, οι αποδόσεις μπορούν να αυξηθούν εάν τα φυτά έχουν κατασκευαστεί με βελτιωμένη αντοχή σε ένα παράσιτο που προκαλεί ασθένειες όπως το Rainbow Papaya ή η δυνατότητα ανάπτυξης σε μια αφιλόξενη, ίσως ψυχρή περιοχή. Τα φρούτα που παραμένουν πιο ώριμα, όπως το Endless Summer Tomatoes, παρέχουν περισσότερο χρόνο για το χρόνο αποθήκευσης μετά τη συγκομιδή για χρήση.

Επίσης, έχουν γίνει γνωρίσματα που ενισχύουν τη θρεπτική αξία, όπως το Golden Rice που έχει σχεδιαστεί για να είναι πλούσια σε βιταμίνη Α ή η χρησιμότητα των φρούτων, όπως τα μη-καφετιά Arctic Apples.

Ουσιαστικά, μπορεί να εισαχθεί οποιοδήποτε χαρακτηριστικό που μπορεί να εκδηλωθεί με την προσθήκη ή αναστολή ενός συγκεκριμένου γονιδίου. Τα χαρακτηριστικά που απαιτούν πολλαπλά γονίδια θα μπορούσαν επίσης να αντιμετωπιστούν, αλλά αυτό απαιτεί μια πιο περίπλοκη διαδικασία που δεν έχει ακόμη επιτευχθεί με τις εμπορικές καλλιέργειες.

Τι είναι ένα γονίδιο;

Πριν εξηγήσουμε πώς τίθενται νέα γονίδια στους οργανισμούς, είναι σημαντικό να καταλάβουμε τι είναι ένα γονίδιο. Όπως πολλοί πιθανόν γνωρίζουν, τα γονίδια είναι κατασκευασμένα από DNA, το οποίο αποτελείται εν μέρει από τέσσερις βάσεις που συνήθως σημειώνονται ως απλά Α, Τ, Γ, Γ.Η γραμμική τάξη αυτών των βάσεων σε μια σειρά κάτω από έναν κλώνο DNA ενός γονιδίου μπορεί να θεωρηθεί ως ένας κώδικας για μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη, ακριβώς όπως γράμματα σε μια γραμμή κειμένου που κωδικοποιεί μια πρόταση.

Οι πρωτεΐνες είναι μεγάλα βιολογικά μόρια φτιαγμένα από αμινοξέα συνδεδεμένα μεταξύ τους σε διάφορους συνδυασμούς. Όταν ο σωστός συνδυασμός αμινοξέων συνδέεται μεταξύ τους, η αλυσίδα αμινοξέων διπλώνεται μαζί σε μια πρωτεΐνη με ένα συγκεκριμένο σχήμα και τα σωστά χημικά χαρακτηριστικά μαζί για να μπορέσει να εκτελέσει μια συγκεκριμένη λειτουργία ή αντίδραση. Τα έμβια όντα αποτελούνται κυρίως από πρωτεΐνες. Ορισμένες πρωτεΐνες είναι ένζυμα που καταλύουν χημικές αντιδράσεις. άλλοι μεταφέρουν υλικό στα κύτταρα και μερικοί λειτουργούν ως διακόπτες που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν άλλες πρωτεΐνες ή πρωτεϊνικές καταρράκτες.

Έτσι, όταν ένα νέο γονίδιο εισάγεται, δίνει στο κύτταρο την ακολουθία κώδικα για να μπορέσει να κάνει μια νέα πρωτεΐνη.

Πώς τα κύτταρα οργανώνουν τα γονίδιά τους;

Στα φυτά και τα ζωικά κύτταρα, σχεδόν όλο το ϋΝΑ διατάσσεται σε αρκετές μακρές αλυσίδες τυλιγμένες σε χρωμοσώματα. Τα γονίδια είναι στην πραγματικότητα μόνο μικρά τμήματα της μακράς ακολουθίας του DNA που συνθέτουν ένα χρωμόσωμα. Κάθε φορά που ένα κύτταρο αναδιπλασιάζεται, όλα τα χρωμοσώματα αντιγράφονται πρώτα. Αυτό είναι το κεντρικό σύνολο οδηγιών για το κελί και κάθε κελί απογόνων παίρνει ένα αντίγραφο. Έτσι, για να εισαχθεί ένα νέο γονίδιο που επιτρέπει στο κύτταρο να κάνει μια νέα πρωτεΐνη που προσδίδει ένα συγκεκριμένο γνώρισμα, κάποιος χρειάζεται απλά να εισάγει ένα κομμάτι DNA σε ένα από τα μακροχρόνια τμήματα χρωμοσωμάτων.

Μόλις εισαχθεί, το DNA θα περάσει σε οποιαδήποτε θυγατρικά κύτταρα όταν αυτά τα κύτταρα αναπαράγονται όπως όλα τα άλλα γονίδια.

Στην πραγματικότητα, ορισμένοι τύποι DNA μπορούν να διατηρηθούν σε κύτταρα ξεχωριστά από τα χρωμοσώματα και τα γονίδια μπορούν να εισαχθούν χρησιμοποιώντας αυτές τις δομές έτσι ώστε να μην ενσωματωθούν στο χρωμοσωμικό DNA. Ωστόσο, με αυτή την προσέγγιση, δεδομένου ότι το χρωμοσωμικό DNA του κυττάρου μεταβάλλεται, συνήθως δεν διατηρείται σε όλα τα κύτταρα μετά από αρκετές ανατυπώσεις. Για τη μόνιμη και κληρονομική γενετική τροποποίηση, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται για την καλλιέργεια, χρησιμοποιούνται χρωμοσωμικές τροποποιήσεις.

Πώς εισάγεται ένα νέο γονίδιο;

Η γενετική μηχανική απλά αναφέρεται στην εισαγωγή μιας νέας αλληλουχίας βάσης DNA (που συνήθως αντιστοιχεί σε ένα ολόκληρο γονίδιο) στο χρωμοσωμικό DNA του οργανισμού. Αυτό μπορεί να φαίνεται εννοιολογικά απλό, αλλά τεχνικά, παίρνει λίγο πιο περίπλοκο. Υπάρχουν πολλές τεχνικές λεπτομέρειες που σχετίζονται με τη λήψη της σωστής ακολουθίας DNA με τα σωστά σήματα στο χρωμόσωμα στο σωστό πλαίσιο που επιτρέπει στα κύτταρα να αναγνωρίσουν ότι είναι ένα γονίδιο και να το χρησιμοποιήσει για να κάνει μια νέα πρωτεΐνη.

Υπάρχουν τέσσερα βασικά στοιχεία που είναι κοινά για όλες σχεδόν τις διαδικασίες γενετικής μηχανικής:

1. Πρώτον, χρειάζεστε ένα γονίδιο. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζεστε το φυσικό μόριο ϋΝΑ με τις συγκεκριμένες ακολουθίες βάσεων. Παραδοσιακά, αυτές οι αλληλουχίες ελήφθησαν απευθείας από έναν οργανισμό χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε από τις πολλές επίπονες τεχνικές. Σήμερα, παρά η εξαγωγή DNA από έναν οργανισμό, οι επιστήμονες συνήθως συντίθενται απλά από τις βασικές χημικές ουσίες Α, Τ, C, G. Μόλις ληφθεί, η αλληλουχία μπορεί να εισαχθεί σε ένα τεμάχιο βακτηριακού DNA που είναι σαν ένα μικρό χρωμόσωμα (ένα πλασμίδιο) και, αφού τα βακτήρια αναπαράγονται ταχέως, μπορεί να γίνει όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του γονιδίου.
2. Μόλις έχετε το γονίδιο, θα πρέπει να το τοποθετήσετε σε ένα σκέλος ϋΝΑ που περιβάλλεται από τη δεξιά περιοχή της αλληλουχίας του DNA ώστε να επιτρέψει στο κύτταρο να το αναγνωρίσει και να το εκφράσει. Βασικά, αυτό σημαίνει ότι χρειάζεστε μια μικρή ακολουθία DNA που ονομάζεται υποκινητής που σηματοδοτεί το κύτταρο για να εκφράσει το γονίδιο.
3. Εκτός από το κύριο γονίδιο που πρόκειται να εισαχθεί, συχνά απαιτείται ένα δεύτερο γονίδιο για την παροχή ενός δείκτη ή μιας επιλογής. Αυτό το δεύτερο γονίδιο είναι ουσιαστικά ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται για την ταυτοποίηση των κυττάρων που περιέχουν το γονίδιο.
4. Τελικά, είναι απαραίτητο να έχουμε μια μέθοδο παροχής του νέου DNA (δηλ. Προαγωγέα, νέου γονιδίου και δείκτη επιλογής) μέσα στα κύτταρα του οργανισμού. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι να το κάνετε αυτό. Για τα φυτά, το αγαπημένο μου είναι η προσέγγιση των γενετικών πυροβόλων όπλων που χρησιμοποιεί ένα τροποποιημένο τυφέκιο 22 για να βάλουν βολφράμιο ή χρυσά σωματίδια επικαλυμμένα με DNA σε κύτταρα.

Με τα ζωικά κύτταρα, υπάρχει ένας αριθμός αντιδραστηρίων διαμόλυνσης που επικάθονται ή συγκαλύπτουν το DNA και του επιτρέπουν να διέλθει μέσω των κυτταρικών μεμβρανών. Είναι επίσης σύνηθες το DNA να συσχετίζεται μαζί με τροποποιημένο ιικό ϋΝΑ που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φορέας γονιδίου για να μεταφέρει το γονίδιο στα κύτταρα. Το τροποποιημένο ιικό ϋΝΑ μπορεί να ενθυλακωθεί με φυσιολογικές ιικές πρωτεΐνες για να δημιουργήσει ψευδοϊό που μπορεί να μολύνει κύτταρα και να εισάγει το DNA που φέρει το γονίδιο, αλλά να μην αναδιπλασιαστεί για να δημιουργήσει νέο ιό.

Για πολλά φυτά δικοτίνης, το γονίδιο μπορεί να τοποθετηθεί σε τροποποιημένη παραλλαγή του φορέα Τ-ϋΝΑ των βακτηρίων Agrobacterium tumefaciens. Υπάρχουν και άλλες προσεγγίσεις. Ωστόσο, με τα περισσότερα, μόνο ένας μικρός αριθμός κυττάρων συλλέγει την επιλογή γονιδίων των κατασκευασμένων κυττάρων ένα κρίσιμο μέρος αυτής της διαδικασίας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι συνήθως απαραίτητο ένα γονίδιο επιλογής ή δείκτη.

Αλλά, πώς δημιουργείτε ένα γενετικά τροποποιημένο ποντίκι ή ντομάτα;

Ένας ΓΤΟ είναι ένας οργανισμός με εκατομμύρια κύτταρα και η παραπάνω τεχνική περιγράφει πραγματικά μόνο πώς να γενετικά μηχανικά μεμονωμένα κύτταρα. Ωστόσο, η διαδικασία δημιουργίας ενός ολόκληρου οργανισμού περιλαμβάνει ουσιαστικά τη χρήση αυτών των τεχνικών γενετικής μηχανικής σε γεννητικά κύτταρα (δηλ. Κύτταρα σπέρματος και ωαρίων). Μόλις εισαχθεί το γονίδιο κλειδί, η υπόλοιπη διαδικασία βασικά χρησιμοποιεί γενετικές τεχνικές αναπαραγωγής για την παραγωγή φυτών ή ζώων που περιέχουν το νέο γονίδιο σε όλα τα κύτταρα του σώματος τους. Η γενετική μηχανική είναι πραγματικά ακριβώς για τα κύτταρα.

Η βιολογία κάνει τα υπόλοιπα.