Apakah GM dan Bagaimana Mereka Dibuat?

Apa itu GMO?

GMO adalah pendek untuk "organisme diubahsuai secara genetik." Pengubahsuaian genetik telah wujud selama beberapa dekad dan merupakan cara yang paling berkesan dan cepat untuk mencipta tumbuhan atau haiwan dengan sifat atau sifat khusus. Ia membolehkan perubahan spesifik yang tepat kepada urutan DNA. Kerana DNA pada dasarnya terdiri daripada pelan tindakan untuk seluruh organisma, perubahan kepada DNA mengubah fungsi organisme mampu.

Tidak ada cara lain untuk melakukan ini kecuali dengan menggunakan teknik yang dibangunkan sejak 40 tahun yang lalu untuk memanipulasi DNA secara langsung.

Bagaimanakah anda mengubah suai organisma secara genetik? Sebenarnya, ini adalah soalan yang cukup luas. Organisma boleh menjadi tumbuhan, haiwan, kulat, atau bakteria dan semua ini boleh, dan telah, secara kejuruteraan genetik selama hampir 40 tahun. Organisme kejuruteraan genetik yang pertama adalah bakteria pada awal 1970-an. Sejak itu, bakteria yang diubahsuai secara genetik telah menjadi ratusan ribu makmal melakukan modifikasi genetik pada kedua-dua tumbuh-tumbuhan dan haiwan. Kebanyakan gen asas dan pengubahsuaian direka dan disiapkan menggunakan bakteria, terutamanya beberapa variasi E. coli, kemudian dipindahkan ke organisma sasaran.

Pendekatan umum untuk menukarkan tumbuh-tumbuhan, haiwan, atau mikrob secara genetik adalah serupa dengan konsep. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa perbezaan dalam teknik tertentu kerana perbezaan umum antara sel tumbuhan dan haiwan.

Sebagai contoh, sel tumbuhan mempunyai dinding sel dan sel haiwan tidak.

Sebab Pemodenan Genetik Tumbuhan dan Haiwan

Haiwan GM dibuat terutamanya untuk tujuan penyelidikan, selalunya sebagai sistem biologi model yang digunakan untuk pembangunan dadah. Terdapat beberapa haiwan GM yang dibangunkan untuk tujuan komersial yang lain, seperti ikan pendarfluor sebagai haiwan kesayangan, dan nyamuk GM untuk membantu mengawal nyamuk yang membawa penyakit.

Walau bagaimanapun, ini adalah aplikasi yang agak terhad di luar penyelidikan biologi asas. Setakat ini, tiada haiwan GM telah diluluskan sebagai sumber makanan. Tidak lama kemudian, itu boleh berubah dengan AquaAdvantage Salmon yang sedang berjalan melalui proses kelulusan.

Dengan tumbuhan, bagaimanapun keadaannya berbeza. Walaupun banyak tumbuhan diubah suai untuk penyelidikan, matlamat kebanyakan pengubahsuaian genetik tanaman adalah untuk membuat ketegangan tumbuhan yang bermanfaat secara komersial atau sosial. Sebagai contoh, hasil boleh ditingkatkan jika tumbuhan direkayasa dengan penentangan yang lebih baik terhadap penyakit perosak seperti Rainbow Papaya, atau keupayaan untuk berkembang di kawasan yang kurang ramah, mungkin lebih sejuk. Buah yang tetap matang, seperti Summer Endless Tomatoes, memberikan lebih banyak masa untuk masa rak selepas tuaian untuk digunakan. Juga, ciri-ciri yang meningkatkan nilai pemakanan, seperti Golden Rice yang direka untuk menjadi kaya dengan vitamin A, atau kegunaan buah-buahan seperti epal Artik Artik juga tidak dibuat.

Pada dasarnya, ciri-ciri yang boleh dibuat dengan penambahan atau penghambatan gen tertentu, boleh diperkenalkan. Ciri-ciri yang memerlukan pelbagai gen juga boleh diuruskan, tetapi ini memerlukan proses yang lebih rumit yang belum dicapai dengan tanaman komersil.

Apa itu Gen?

Sebelum menjelaskan bagaimana gen baru dimasukkan ke dalam organisma, adalah penting untuk memahami gen yang ada. Sebilangan besar mungkin tahu, gen dibuat daripada DNA, yang sebahagiannya terdiri daripada empat pangkalan yang biasa disebut sebagai hanya A, T, C, G. Urutan linear pangkalan-pangkalan ini berturut-turut ke bawah sekeping DNA gen boleh dianggap sebagai kod untuk protein khusus, sama seperti huruf dalam baris kod teks untuk ayat.

Protein adalah molekul biologi besar yang diperbuat daripada asid amino yang dihubungkan bersama dalam pelbagai kombinasi. Apabila gabungan asid amino yang betul dikaitkan bersama, rantai asid amino melipat bersama-sama ke dalam protein dengan bentuk tertentu dan ciri kimia yang betul bersama untuk membolehkannya menjalankan fungsi atau reaksi tertentu. Perkara hidup terdiri daripada protein. Sesetengah protein adalah enzim yang memangkinkan tindak balas kimia; yang lain mengangkut bahan ke dalam sel dan bertindak sebagai suis mengaktifkan atau menyahaktifkan protein lain atau cascades protein.

Jadi, apabila gen baru diperkenalkan, ia memberikan sel urutan kod untuk membolehkannya membuat protein baru.

Bagaimana Adakah Sel Menetapkan Gen mereka?

Di dalam tumbuh-tumbuhan dan sel-sel haiwan, hampir semua DNA diperintahkan dalam beberapa helai panjang sehingga menjadi kromosom. Gen sebenarnya sebenarnya hanya seksyen kecil dari urutan panjang DNA yang membentuk kromosom. Setiap kali sel mereplikasi, semua kromosom akan direplikasi terlebih dahulu. Ini adalah set pusat arahan untuk sel, dan setiap sel progeny mendapat salinan. Jadi, untuk memperkenalkan gen baru yang membolehkan sel untuk membuat protein baru yang memberikan sifat tertentu, seseorang hanya perlu memasukkan sedikit DNA ke salah satu helai kromosom panjang. Sekali dimasukkan, DNA akan diluluskan ke mana-mana sel anak perempuan apabila mereka meniru sel seperti semua gen lain.

Bahkan, beberapa jenis DNA dapat dikekalkan dalam sel-sel yang terpisah dari kromosom dan gen dapat diperkenalkan menggunakan struktur-struktur ini sehingga mereka tidak terintegrasi ke dalam DNA kromosom. Walau bagaimanapun, dengan pendekatan ini, kerana DNA kromosom sel diubahsuai biasanya tidak dikekalkan dalam semua sel selepas beberapa ulangan. Untuk pengubahsuaian genetik yang kekal dan diwariskan, seperti proses yang digunakan untuk kejuruteraan tanaman, pengubahsuaian kromosom digunakan.

Bagaimana Gene Baru Dimasukkan?

Kejuruteraan genetik hanya merujuk kepada memasukkan urutan DNA baru (biasanya sepadan dengan gen keseluruhan) ke dalam DNA kromosom organisma. Ini mungkin kelihatan secara langsung, tetapi secara teknikal, ia menjadi lebih rumit. Terdapat banyak butiran teknikal yang terlibat dalam mendapatkan urutan DNA yang betul dengan isyarat yang betul ke dalam kromosom dalam konteks yang betul yang membolehkan sel untuk mengenali ia adalah gen dan menggunakannya untuk membuat protein baru.

Terdapat empat elemen utama yang lazim digunakan untuk hampir semua prosedur kejuruteraan genetik:

1. Pertama, anda memerlukan gen. Ini bermakna anda memerlukan molekul DNA fizikal dengan urutan asas tertentu. Secara tradisinya, urutan-urutan ini diperoleh secara langsung dari organisma menggunakan mana-mana teknik yang susah. Pada masa kini, bukannya mengeluarkan DNA dari organisma, saintis biasanya hanya mensintesis dari bahan kimia A, T, C, G yang asas. Apabila diperoleh, urutan boleh dimasukkan ke dalam sekeping DNA bakteria yang seperti kromosom kecil (plasmid) dan, kerana bakteria meniru dengan pantas, sebanyak gen yang diperlukan dapat dibuat.
2. Sebaik sahaja anda mempunyai gen, anda perlu meletakkannya dalam sehelai DNA yang dikelilingi dengan urutan DNA sekitar yang betul untuk membolehkan sel mengenali dan menyatakannya. Pada asasnya, ini bermakna anda memerlukan urutan kecil DNA yang dipanggil promoter yang memberi isyarat kepada sel untuk menyatakan gen tersebut.
3. Sebagai tambahan kepada gen utama yang akan dimasukkan, sering gen kedua diperlukan untuk menyediakan penanda atau pemilihan. Gen kedua ini pada asasnya merupakan alat yang digunakan untuk mengenal pasti sel-sel yang mengandungi gen.
4. Akhir sekali, perlu ada kaedah untuk menyampaikan DNA baru (i., Promoter, gen baru, dan penanda pilihan) ke dalam sel-sel organisma. Ada beberapa cara untuk melakukan ini. Untuk tumbuhan, kegemaran saya adalah pendekatan senjata api yang menggunakan senapang 22 diubahsuai untuk menembak zarah-tungsten bersalut DNA atau zarah emas ke dalam sel.

Dengan sel-sel haiwan, terdapat beberapa reagen transfeksi yang melapisi kot atau kompleks DNA dan membolehkannya melewati membran sel. Ia juga biasa bagi DNA untuk disambung bersama dengan DNA virus yang diubah suai yang boleh digunakan sebagai vektor gen untuk membawa gen ke dalam sel. DNA virus yang diubahsuai dapat dikemas dengan protein virus normal untuk membuat pseudovirus yang boleh menjangkiti sel dan memasukkan DNA yang membawa gen tersebut, tetapi tidak ditiru untuk membuat virus baru.

Bagi banyak tumbuhan dicot, gen tersebut boleh diletakkan dalam varian diubahsuai dari pembawa T-DNA bakteria Agrobacterium tumefaciens. Terdapat beberapa pendekatan lain juga. Walau bagaimanapun, dengan kebanyakannya, hanya sebilangan kecil sel mengambil sel pemilihan gen sel-sel kejuruteraan sebagai sebahagian penting dalam proses ini. Inilah sebab mengapa gen pemilihan atau penanda biasanya diperlukan.

Tetapi, Bagaimana Anda Membuat Tetikus atau Tomato Secara Kejuruteraan Secara Genetik?

GMO adalah organisma dengan berjuta-juta sel dan teknik di atas hanya benar-benar menerangkan bagaimana untuk menjana genetik sel tunggal. Walau bagaimanapun, proses untuk menghasilkan keseluruhan organisma secara asasnya melibatkan penggunaan teknik kejuruteraan genetik pada sel-sel kuman (sel sperma, dan sel telur). Sebaik sahaja gen kunci dimasukkan, seluruh prosesnya pada dasarnya menggunakan teknik pembiakan genetik untuk menghasilkan tumbuh-tumbuhan atau haiwan yang mengandungi gen baru dalam semua sel dalam tubuh mereka. Kejuruteraan genetik hanya dilakukan pada sel. Biologi selebihnya.