Какво представляват ГМО и как се правят?

ГМО е съкратено от "генетично модифициран организъм." Генетичната модификация съществува от десетилетия и е най-ефективният и бърз начин за създаване на растение или животно със специфична черта или Характеристика. Той дава възможност за точни, специфични промени в последователността на ДНК. Тъй като ДНК по същество съдържа плана за целия организъм, промените в ДНК променят какво е организъм и какво може да направи. Техниките за манипулиране на ДНК са разработени едва през последните 40 години.

Как модифицирате генетично организма? Всъщност това е доста широк въпрос. Организмът може да бъде растение, животно, гъбички или бактерии и всичко това може да бъде и да е генно проектирано в продължение на почти 40 години. Първите генно инженерни организми бяха бактерии в началото на 70-те години. Оттогава генетично модифицираните бактерии се превръщат в коня на стотици хиляди лаборатории, извършващи генетични модификации както на растения, така и на животни. Повечето от разместванията и модификациите на основните гени са проектирани и подготвени с помощта на бактерии, основно някои вариации на

Общият подход за генетично променящи се растения, животни или микроби е концептуално доста подобен. Въпреки това, има някои различия в специфичните техники поради общи разлики между растителни и животински клетки. Например растителните клетки имат клетъчни стени и животинските клетки не.

Генетично модифицираните животни са предимно само за изследователски цели, където се използват често като моделни биологични системи за разработване на лекарства Има генетично модифицирани животни, разработени за други търговски цели, като например флуоресцентна риба като домашни любимци и генетично модифицирани комари, които помагат за контрол на комарите, пренасящи болести. Това обаче са сравнително ограничено приложение извън основните биологични изследвания. Засега не са одобрени генетично модифицирани животни като хранителен източник. Скоро обаче това може да се промени с AquaAdvantage сьомга, която проправя път през процеса на одобрение.

С растенията обаче ситуацията е друга. Въпреки че много растения са модифицирани за изследване, целта на повечето генетични модификации на културите е да се направи растителен щам, който е от търговска или социална полза. Например, добивите могат да бъдат увеличени, ако растенията са разработени с подобрена устойчивост на болестотворни вредители като Дъга папаяили способността да растете в негостоприемна, може би по-студена област. Плодове, които остават узрели по-дълго, като например Безкрайни летни домати, осигурява повече време за срок на годност след прибиране на реколтата за употреба. Също така, черти, които повишават хранителната стойност, като например Златен ориз създадени да бъдат богати на витамин А или полезност на плода, като например без кафяво Арктически ябълки също са направени.

По същество всеки признак, който може да се прояви с добавянето или инхибирането на конкретен ген, може да бъде въведен. Характеристиките, които изискват множество гени, също могат да бъдат управлявани, но това изисква по-сложен процес, който все още не е постигнат с търговските култури.

Преди да обясним как новите гени се влагат в организмите, е важно да разберем какво е ген. Както мнозина вероятно знаят, гените са изградени от ДНК, която отчасти е съставена от четири бази, които обикновено се отбелязват като просто A, T, C, G. Линейният ред на тези бази поред надолу по ДНК верига на ген може да се мисли като код за конкретен протеин, също като букви в ред от текстов код за изречение.

Протеините са големи биологични молекули, изградени от аминокиселини, свързани заедно в различни комбинации. Когато правилната комбинация от аминокиселини е свързана заедно, веригата на аминокиселините се сгъва в протеин със специфична форма и правилните химически характеристики заедно, за да може тя да изпълнява определена функция или реакция. Живите същества са изградени до голяма степен от протеини. Някои протеини са ензими, които катализират химичните реакции; други транспортират материал в клетките, а някои действат като превключватели, активиращи или деактивиращи други протеини или протеинови каскади. И така, когато се въвежда нов ген, той дава на клетката кодова последователност, за да може тя да направи нов протеин.

В растенията и животинските клетки почти цялата ДНК е подредена в няколко дълги нишки, навити в хромозоми. Гените всъщност са само малки участъци от дългата последователност на ДНК, съставляваща хромозома. Всеки път, когато клетката се репликира, всички хромозоми се реплицират първо. Това е централният набор от инструкции за клетката и всяка потомствена клетка получава копие. И така, за да се въведе нов ген, който дава възможност на клетката да направи нов протеин, който придава определена черта, просто трябва да се вмъкне малко ДНК в една от дългите хромозомни нишки. Веднъж въведена, ДНК ще бъде предадена на всички дъщерни клетки, когато клетките се репликират точно както всички останали гени.

Всъщност сигурно видове ДНК може да се поддържа в клетки, отделени от хромозомите, и гените могат да бъдат въведени с помощта на тези структури, така че те не се интегрират в хромозомната ДНК. Въпреки това, с този подход, тъй като хромозомната ДНК на клетката е променена, обикновено не се поддържа във всички клетки след няколко репликации. За постоянни и наследствени генетични модификации, като тези процеси, използвани за растениевъдството, се използват хромозомни модификации.

Генетичното инженерство просто се отнася до вмъкване на нова основна последователност на ДНК (обикновено съответстваща на цял ген) в хромозомната ДНК на организма. Това може да изглежда концептуално просто, но технически става малко по-сложно. Има много технически подробности, участващи в получаването на правилната последователност на ДНК с правилните сигнали в хромозома в правилния контекст, която дава възможност на клетките да разпознаят, че е ген и да го използват, за да направят нов протеин.

Има четири ключови елемента, които са общи за почти всички процедури за генно инженерство:

1. Първо се нуждаете от ген. Това означава, че се нуждаете от физическата молекула на ДНК с конкретните базови последователности. Традиционно тези последователности са получени директно от организъм, използвайки някоя от няколко трудоемки техники. В днешно време, вместо да извличат ДНК от организъм, учените обикновено просто синтезират от основните химикали A, T, C, G. Веднъж получена, последователността може да бъде вкарана в парче бактериална ДНК, която е като малка хромозома (плазмид) и тъй като бактериите се размножават бързо, може да се направи толкова голяма част от гена, колкото е необходимо.
2. След като притежавате гена, трябва да го поставите в ДНК верига, заобиколена с дясната заобикаляща ДНК последователност, за да може клетката да я разпознае и да я експресира. По принцип това означава, че имате нужда от малка ДНК последователност, наречена промотор, която сигнализира на клетката да експресира гена.
3. В допълнение към основния ген, който трябва да бъде вмъкнат, често е необходим втори ген, за да се осигури маркер или селекция. Този втори ген по същество е инструмент, използван за идентифициране на клетките, които съдържат гена.
4. И накрая, е необходимо да има метод за доставяне на новата ДНК (т.е. промотор, нов ген и селекционен маркер) в клетките на организма. Има няколко начина за това. За растенията най-любимият ми е генен пистолет подход, който използва модифицирана 22 пушка, за да стреля с ДНК покрит волфрам или златни частици в клетки.

С животинските клетки има редица трансфекционни реагенти това покритие или сложно ДНК и му позволяват да премине през клетъчните мембрани. Също така е обичайно ДНК да се свързва с модифицирана вирусна ДНК че това може да се използва като генен вектор за пренасяне на гена в клетките. Модифицираната вирусна ДНК може да бъде капсулирана с нормални вирусни протеини, за да се направи псевдовирус, който може да инфектира клетките и да вмъкне ДНК, носеща гена, но не да се репликира, за да направи нов вирус.

За много растения дико, генът може да бъде поставен в модифициран вариант на Т-ДНК носителя на бактерията Agrobacterium tumefaciens. Има и няколко други подхода. Въпреки това, с повечето, само малък брой клетки избират гена, което прави селекцията на инженерните клетки критична част от този процес. Ето защо обикновено е необходим ген за селекция или маркер.

ГМО е организъм с милиони клетки и горната техника само наистина описва как да генетично инженерирате единични клетки. Процесът за генериране на цял организъм по същество включва използването на тези техники за генно инженерство върху зародишните клетки (т.е. сперматозоидите и яйчните клетки). След като се вмъкне ключовият ген, останалата част от процеса използва основно техники за генетично размножаване, за да произведе растения или животни, които съдържат новия ген във всички клетки в тялото им. Генетичното инженерство наистина е направено само за клетките. Биологията прави останалото.