การดัดแปลงพันธุกรรม: ความหมาย, ประเภท, กระบวนการ, ตัวอย่าง

เนื้อหา

• การดัดแปลงพันธุกรรม: คำจำกัดความ
• การดัดแปลงพันธุกรรมแบบใดไม่ใช่
• ประเภทของการดัดแปลงพันธุกรรม
• การโคลนยีน
• ตัวอย่างการดัดแปลงพันธุกรรม

ยีนจากจุดยืนทางชีวเคมีขั้นพื้นฐานเป็นส่วนของกรด deoxyribonucleic (DNA) ในเซลล์ทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีรหัสพันธุกรรมสำหรับการประกอบผลิตภัณฑ์โปรตีนเฉพาะ ในระดับที่สามารถใช้งานได้และมีพลวัตมากขึ้นยีนจะเป็นตัวกำหนดสิ่งมีชีวิต - สัตว์พืชเชื้อราและแม้แต่แบคทีเรีย - และสิ่งที่พวกมันถูกกำหนดให้พัฒนา

ในขณะที่พฤติกรรมของยีนได้รับอิทธิพลจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม (เช่นโภชนาการ) และแม้กระทั่งจากยีนอื่น ๆ องค์ประกอบของสารพันธุกรรมของคุณอย่างท่วมท้นสั่งการเกือบทุกอย่างเกี่ยวกับคุณมองเห็นและมองไม่เห็นจากขนาดของร่างกายของคุณเพื่อตอบสนองต่อการรุกรานของจุลินทรีย์ สารก่อภูมิแพ้และสารภายนอกอื่น ๆ

ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงปรับเปลี่ยนหรือสร้างยีนวิศวกรในรูปแบบที่เฉพาะเจาะจงดังนั้นจะแนะนำตัวเลือกในการสร้างสิ่งมีชีวิตที่ปรับแต่งอย่างประณีต - รวมถึงมนุษย์ - โดยใช้การรวมกันของ DNA ที่ทราบว่ามียีนบางชนิด

กระบวนการของการเปลี่ยนแปลงสิ่งมีชีวิต แบบฉบับของตระกูล (พูดอย่างหลวม ๆ ผลรวมของยีนแต่ละตัวของมัน) และด้วยเหตุนี้จึงเป็นที่รู้จักกันในชื่อ "สีน้ำเงิน" ทางพันธุกรรมของพันธุกรรม การดัดแปลงทางพันธุกรรม. เรียกอีกอย่างว่า พันธุวิศวกรรมการเคลื่อนที่ของชีวเคมีชนิดนี้ได้เปลี่ยนจากนิยายวิทยาศาสตร์เป็นความจริงในทศวรรษที่ผ่านมา

การพัฒนาที่เกี่ยวข้องทำให้เกิดความตื่นเต้นทั้งที่คาดหวังว่าจะได้มีสุขภาพและคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้นรวมถึงปัญหาทางจริยธรรมที่ยุ่งยากและหลีกเลี่ยงไม่ได้ในหลาย ๆ ด้าน

การดัดแปลงพันธุกรรม: คำจำกัดความ

การดัดแปลงทางพันธุกรรม เป็นกระบวนการใด ๆ ที่ยีนถูกจัดการเปลี่ยนแปลงลบหรือปรับเพื่อขยายเปลี่ยนแปลงหรือปรับลักษณะบางอย่างของสิ่งมีชีวิต เป็นการจัดการลักษณะที่รูตสัมบูรณ์หรือระดับเซลลูลาร์

พิจารณาความแตกต่างระหว่างการจัดแต่งทรงผมของคุณเป็นประจำและจริง ๆ แล้วสามารถควบคุมสีผมความยาวและการจัดเรียงทั่วไป (เช่นตรงกับหยิก) โดยไม่ต้องใช้ผลิตภัณฑ์ดูแลเส้นผมแทนการใช้ส่วนประกอบที่มองไม่เห็นของคำแนะนำร่างกายของคุณ เกี่ยวกับวิธีการทำให้สำเร็จและรับรองผลลัพธ์เครื่องสำอางที่ต้องการและคุณจะได้รับความรู้สึกว่าการดัดแปลงพันธุกรรมนั้นเกี่ยวกับอะไร

เนื่องจากสิ่งมีชีวิตทุกชนิดมี DNA จึงสามารถดำเนินการทางพันธุวิศวกรรมกับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงพืชจนถึงมนุษย์

ในขณะที่คุณอ่านสิ่งนี้สาขาวิศวกรรมพันธุศาสตร์กำลังเติบโตด้วยความเป็นไปได้และแนวทางปฏิบัติใหม่ ๆ ในด้านการเกษตรการแพทย์การผลิตและอาณาจักรอื่น ๆ

การดัดแปลงพันธุกรรมแบบใดไม่ใช่

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจความแตกต่างระหว่างยีนที่เปลี่ยนแปลงอย่างแท้จริงและพฤติกรรมในวิธีที่ใช้ประโยชน์จากยีนที่มีอยู่

ยีนจำนวนมากไม่ทำงานอย่างเป็นอิสระจากสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตของผู้ปกครองอยู่ นิสัยการบริโภคอาหารความเครียดชนิดต่าง ๆ (เช่นความเจ็บป่วยเรื้อรังซึ่งอาจมีหรือไม่มีพื้นฐานทางพันธุกรรมของตนเอง) และสิ่งอื่น ๆ ที่สิ่งมีชีวิตเผชิญเป็นประจำอาจส่งผลกระทบต่อการแสดงออกของยีนหรือระดับที่ยีนถูกใช้เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์โปรตีน รหัสที่พวกเขา

ถ้าคุณมาจากครอบครัวของคนที่มีความโน้มเอียงทางพันธุกรรมที่จะสูงและหนักกว่าค่าเฉลี่ยและคุณต้องการอาชีพกีฬาในกีฬาที่ชอบความแข็งแกร่งและขนาดเช่นบาสเก็ตบอลหรือฮอกกี้คุณสามารถยกน้ำหนักและกินในปริมาณที่เหมาะสม ของอาหารเพื่อเพิ่มโอกาสในการเป็นใหญ่และแข็งแรงที่สุด

แต่สิ่งนี้แตกต่างจากความสามารถในการแทรกยีนใหม่เข้าไปใน DNA ของคุณซึ่งรับประกันได้ว่าระดับการเติบโตของกล้ามเนื้อและกระดูกที่คาดการณ์ได้และในที่สุดมนุษย์ที่มีลักษณะทั่วไปของดารากีฬา

ประเภทของการดัดแปลงพันธุกรรม

มีเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมหลายประเภทและไม่ใช่ทั้งหมดที่ต้องการการจัดการของสารพันธุกรรมโดยใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการที่ทันสมัย

อันที่จริงแล้วกระบวนการใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการจัดการสิ่งมีชีวิตอย่างเป็นระบบและเป็นระบบ กลุ่มยีนหรือผลรวมของยีนในประชากรใด ๆ ที่มีการสืบพันธุ์โดยการผสมพันธุ์ (เช่นทางเพศ) มีคุณสมบัติเป็นพันธุวิศวกรรม แน่นอนว่ากระบวนการบางอย่างนั้นเป็นเทคโนโลยีที่ล้ำสมัย

การเลือกประดิษฐ์: เรียกอีกอย่างว่าการคัดเลือกอย่างง่าย ๆ หรือการคัดเลือกแบบเลือกสรรการประดิษฐ์คือการเลือกสิ่งมีชีวิตของพ่อแม่ที่มีจีโนไทป์ที่รู้จักกันในการผลิตลูกหลานในปริมาณที่จะไม่เกิดขึ้นหากธรรมชาติเพียงลำพังเป็นวิศวกรหรืออย่างน้อยก็จะเกิดขึ้น

เมื่อเกษตรกรหรือผู้เพาะพันธุ์สุนัขเลือกพืชหรือสัตว์ที่จะผสมพันธุ์เพื่อให้แน่ใจว่าลูกหลานที่มีลักษณะบางอย่างที่มนุษย์พบว่าเป็นที่น่าพอใจด้วยเหตุผลบางอย่างพวกเขากำลังฝึกการดัดแปลงพันธุกรรมในชีวิตประจำวัน

การชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์: นี่คือการใช้รังสีเอกซ์หรือสารเคมีในการชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ (โดยไม่ได้วางแผนมักจะเกิดการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองกับ DNA) ในยีนที่เฉพาะเจาะจงหรือลำดับดีเอ็นเอของแบคทีเรีย มันอาจส่งผลในการค้นพบสายพันธุ์ของยีนที่ทำงานได้ดีขึ้น (หรือถ้าจำเป็นแย่กว่า) กว่ายีน "ปกติ" กระบวนการนี้สามารถช่วยสร้าง "บรรทัด" ใหม่ของสิ่งมีชีวิต

การกลายพันธุ์ในขณะที่มักเป็นอันตรายก็เป็นแหล่งที่มาของความแปรปรวนทางพันธุกรรมในชีวิตบนโลก เป็นผลให้ชักนำพวกเขาเป็นจำนวนมากในขณะที่บางอย่างเพื่อสร้างประชากรของสิ่งมีชีวิตที่ไม่พอดี แต่ยังเพิ่มโอกาสของการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์ซึ่งสามารถนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์ของมนุษย์โดยใช้เทคนิคเพิ่มเติม

พาหะของเชื้อไวรัสหรือพลาสมิด: นักวิทยาศาสตร์สามารถนำยีนเข้าสู่ phage (ไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรียหรือญาติ prokaryotic ของพวกเขา, Archaea) หรือพลาสมิดเวกเตอร์และจากนั้นวางพลาสมิดหรือ phage ที่ดัดแปลงเข้าไปในเซลล์อื่นเพื่อแนะนำยีนใหม่เข้าสู่เซลล์เหล่านั้น

การประยุกต์ใช้กระบวนการเหล่านี้รวมถึงการเพิ่มความต้านทานต่อโรคการเอาชนะการดื้อยาปฏิชีวนะและการปรับปรุงความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการต้านทานแรงกดดันด้านสิ่งแวดล้อมเช่นอุณหภูมิสุดขั้วและสารพิษอีกทางหนึ่งการใช้เวกเตอร์ดังกล่าวสามารถขยายคุณสมบัติที่มีอยู่แทนที่จะสร้างขึ้นใหม่

ด้วยการใช้เทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์พืชพืชสามารถ "สั่ง" ให้กับดอกไม้บ่อยขึ้นหรือเชื้อแบคทีเรียสามารถสร้างโปรตีนหรือสารเคมีที่ปกติแล้วพวกเขาจะไม่

เวกเตอร์ retroviral: ที่นี่บางส่วนของ DNA ที่มียีนบางชนิดจะถูกใส่เข้าไปในไวรัสชนิดพิเศษเหล่านี้ซึ่งจะส่งสารพันธุกรรมเข้าสู่เซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่น สารนี้รวมอยู่ในจีโนมของโฮสต์เพื่อให้สามารถแสดงออกไปพร้อมกับ DNA ที่เหลือในสิ่งมีชีวิตนั้น

ในแง่ธรรมดาสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการตัดสายดีเอ็นเอของโฮสต์โดยใช้เอนไซม์พิเศษแทรกยีนใหม่เข้าไปในช่องว่างที่สร้างโดยการตัดและแนบ DNA ที่ปลายทั้งสองของยีนเข้ากับโฮสต์ดีเอ็นเอ

"Knock in, knock out" เทคโนโลยี: ตามชื่อของมันบ่งบอกว่าเทคโนโลยีประเภทนี้ยอมให้มีการลบบางส่วนหรือบางส่วนของ DNA หรือยีนบางอย่าง ("น็อคเอาท์") วิศวกรของมนุษย์ที่อยู่เบื้องหลังการดัดแปลงพันธุกรรมแบบนี้สามารถเลือกเวลาและวิธีการเปิด ("เคาะ") ส่วนใหม่ของ DNA หรือยีนใหม่

การฉีดยีนเข้าสู่สิ่งมีชีวิตที่พึ่ง: การฉีดยีนหรือเวกเตอร์ที่มียีนเป็นไข่ (oocytes) สามารถรวมยีนใหม่เข้าไปในจีโนมของตัวอ่อนที่กำลังพัฒนาซึ่งจะแสดงออกในสิ่งมีชีวิตที่ในที่สุด

การโคลนยีน

การโคลนยีน เป็นตัวอย่างของการใช้พลาสมิดเวกเตอร์ พลาสมิด (Plasmids) ซึ่งเป็นชิ้นส่วนวงกลมของดีเอ็นเอถูกสกัดจากเซลล์แบคทีเรียหรือยีสต์ เอ็นไซม์ จำกัด ซึ่งเป็นโปรตีนที่“ ตัด” DNA ในสถานที่เฉพาะตามโมเลกุลถูกใช้เพื่อตัดดีเอ็นเอทำให้เกิดเส้นตรงจากโมเลกุลวงกลม จากนั้น DNA สำหรับยีนที่ต้องการจะถูก "วาง" ลงในพลาสมิดซึ่งถูกนำเข้าไปในเซลล์อื่น

ในที่สุดเซลล์เหล่านั้นก็เริ่มอ่านและเข้ารหัสยีนที่ถูกเพิ่มเข้าไปในพลาสมิด

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง: นิยาม RNA, ฟังก์ชั่น, โครงสร้าง

การโคลนยีนประกอบด้วยสี่ขั้นตอนพื้นฐาน ในตัวอย่างต่อไปนี้เป้าหมายของคุณคือสร้างความเครียด อี. โคไล แบคทีเรียที่เรืองแสงในที่มืด (โดยปกติแล้วแน่นอนว่าแบคทีเรียเหล่านี้ไม่มีคุณสมบัตินี้หากทำเช่นนั้นสถานที่ต่าง ๆ เช่นระบบท่อระบายน้ำของโลกและทางน้ำธรรมชาติหลายแห่งจะมีลักษณะที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน อี. โคไล เป็นที่แพร่หลายในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์)

1. แยก DNA ที่ต้องการ ขั้นแรกคุณต้องค้นหาหรือสร้างยีนที่มีรหัสสำหรับโปรตีนที่มีคุณสมบัติที่จำเป็น - ในกรณีนี้ส่องแสงในที่มืด แมงกะพรุนบางตัวสร้างโปรตีนดังกล่าวและมีการระบุยีนที่รับผิดชอบ ยีนนี้เรียกว่า ดีเอ็นเอเป้าหมาย. ในเวลาเดียวกันคุณต้องกำหนดพลาสมิดที่คุณจะใช้ นี้เป็น ดีเอ็นเอของเวกเตอร์.

2. ผ่า DNA โดยใช้เอ็นไซม์ จำกัด โปรตีนที่กล่าวมาข้างต้นเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่า endonucleases ที่ จำกัดมีมากมายในโลกของแบคทีเรีย ในขั้นตอนนี้คุณใช้ endonuclease เดียวกันเพื่อตัด DNA เป้าหมายและ DNA เวกเตอร์

เอ็นไซม์เหล่านี้บางตัวตัดตรงไปตามโมเลกุลดีเอ็นเอทั้งสองเส้นในขณะที่ในกรณีอื่นพวกมันจะทำการตัดแบบ "เซ" ทำให้ DNA ที่มีความยาวเพียงเส้นเดียวสัมผัสถูกเปิดออก หลังถูกเรียกว่า ปลายเหนียว.

3. รวม DNA เป้าหมายและ DNA เวกเตอร์ ตอนนี้คุณนำ DNA สองประเภทมารวมกันพร้อมกับเอนไซม์ที่เรียกว่า DNA ligaseซึ่งทำหน้าที่เป็นกาวชนิดละเอียด เอนไซม์นี้กลับการทำงานของ endonucleases โดยรวมจุดสิ้นสุดของโมเลกุลเข้าด้วยกัน ผลที่ได้คือ ความเพ้อฝันหรือสาระของ recombinant DNA.

4. แนะนำ recombinant DNA เข้าสู่เซลล์โฮสต์ ตอนนี้คุณมียีนที่คุณต้องการและวิธีการเปลี่ยนมันไปยังที่ที่มันเป็นอยู่ มีหลายวิธีในการทำเช่นนี้ในหมู่พวกเขา การแปลงซึ่งในเซลล์ที่เรียกว่ามีอำนาจจะกวาด DNA ใหม่และ electroporationซึ่งมีการใช้กระแสไฟฟ้าของพัลส์เพื่อทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ชั่วครู่เพื่อให้โมเลกุล DNA เข้าสู่เซลล์

ตัวอย่างการดัดแปลงพันธุกรรม

การเลือกประดิษฐ์: นักปรับปรุงพันธุ์สุนัขสามารถเลือกลักษณะที่แตกต่างกันได้โดยเฉพาะการเคลือบสี หากผู้เพาะพันธุ์สุนัขลาบราดอร์รับสายพันธุ์หนึ่งเห็นความต้องการสีพันธุ์เพิ่มขึ้นเขาหรือเธอสามารถผสมพันธุ์สีที่เป็นระบบได้

การบำบัดด้วยยีน: ในคนที่มียีนที่มีข้อบกพร่องสามารถคัดลอกยีนที่ทำงานได้ในเซลล์ของบุคคลนั้นเพื่อให้โปรตีนที่ต้องการสามารถทำโดยใช้ DNA จากต่างประเทศ

พืชดัดแปลงพันธุกรรม: วิธีการเกษตรดัดแปลงพันธุกรรมสามารถใช้ในการสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม (GM) เช่นพืชที่ทนต่อสารกำจัดวัชพืชพืชที่ให้ผลมากกว่าเมื่อเทียบกับการผสมพันธุ์แบบดั้งเดิมพืชจีเอ็มที่ทนต่อความเย็นพืชที่มีผลผลิตเก็บเกี่ยวโดยรวมดีขึ้น คุณค่าทางโภชนาการที่สูงขึ้นและอื่น ๆ

ในวงกว้างในศตวรรษที่ 21 สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม (GMOs) ได้กลายเป็นประเด็นร้อนในตลาดยุโรปและอเมริกาเนื่องจากความปลอดภัยของอาหารและจริยธรรมทางธุรกิจโดยรอบการดัดแปลงพันธุกรรมของพืช

สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม: ตัวอย่างหนึ่งของอาหารดัดแปลงพันธุกรรมในโลกปศุสัตว์คือการเพาะพันธุ์ไก่ที่โตขึ้นและเร็วขึ้นเพื่อผลิตเนื้อเต้านมมากขึ้น การใช้เทคโนโลยีดีเอ็นเอของ Recombinant เช่นการเพิ่มความกังวลด้านจริยธรรมเนื่องจากความเจ็บปวดและความไม่สบายที่อาจเกิดขึ้นกับสัตว์

การแก้ไขยีน: ตัวอย่างของการแก้ไขยีนหรือการแก้ไขจีโนมคือ CRISPR, หรือ กระจัดกระจาย Palindromic สั้นซ้ำกันเป็นกลุ่ม. กระบวนการนี้ "ยืม" จากวิธีที่แบคทีเรียใช้เพื่อป้องกันตัวเองจากไวรัส มันเกี่ยวข้องกับการดัดแปลงพันธุกรรมที่มีเป้าหมายอย่างสูงในส่วนต่าง ๆ ของจีโนมเป้าหมาย

ใน CRISPR คู่มือกรด ribonucleic (gRNA) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีลำดับเดียวกับไซต์เป้าหมายในจีโนมจะรวมกันในเซลล์โฮสต์ที่มี endonuclease ที่เรียกว่า Cas9 gRNA จะผูกกับไซต์ DNA เป้าหมายแล้วลาก Cas9 พร้อมกับมัน การแก้ไขจีโนมนี้อาจส่งผลให้เกิด "การเคาะ" ของยีนที่ไม่ดี (เช่นตัวแปรที่เกี่ยวข้องในการทำให้เกิดมะเร็ง) และในบางกรณีอนุญาตให้ยีนที่ไม่ดีถูกแทนที่ด้วยตัวแปรที่พึงประสงค์