Генетикалық түрлендіру негіздері
ГИО «генетикалық түрлендірілген ағзаға» қысқа. Генетикалық түрлендіру ондаған жылдар бойы болды және өсімдікті немесе жануарларды ерекше қасиеті немесе сипаты бар ең тиімді және жедел тәсілі. ДНҚ тізбегіне нақты өзгерістер енгізуге мүмкіндік береді. Өйткені ДНҚ негізінен бүкіл ағзаның құрылымын қамтиды, ДНҚ-ға жасалған өзгерістер организмнің қабілеттілігін өзгертеді.
ДНҚ-ны тікелей айналдыру үшін соңғы 40 жылда дамыған техниканы пайдаланудан басқа, мұны істеудің басқа жолы жоқ.
Сіз ағзаны генетикалық түрде қалай өзгерте аласыз? Шындығында, бұл өте кең сұрақ. Организм өсімдіктер, жануарлар, саңырауқұлақтар немесе бактериялар болуы мүмкін және олардың барлығы 40 жыл бойы гендік инженерия болуы мүмкін. 1970-ші жылдардың басындағы алғашқы генетикалық организмдер бактериялар болды . Содан бері генетикалық түрлендірілген бактериялар өсімдіктер мен жануарларға генетикалық өзгерістер жасайтын жүздеген мың зертхананың жұмысшысы болды. Негізгі геннің араласуы мен модификациялары көбінесе бактериялардың көмегімен жасалып, дайындалады, негізінен E. coli кейбір өзгерістері, содан кейін мақсатты ағзаларға ауысады.
Генетикалық түрде өсімдіктерге, жануарларға немесе микробтарға қатысты жалпы көзқарас тұжырымдамалық түрде ұқсас. Дегенмен, өсімдіктер мен жануарлардың жасушалары арасындағы жалпы айырмашылықтарға байланысты нақты техникаларда кейбір айырмашылықтар бар.
Мысалы, өсімдік жасушалары жасуша қабырғалары мен жануарлардың жасушалары болмайды.
Өсімдіктер мен жануарлардың генетикалық түрленуінің себептері
GM жануарлары, ең алдымен, зерттеу мақсаттарына арналған, көбінесе есірткінің дамуына арналған модельдік биологиялық жүйелер. Кейбір коммерциялық мақсаттарда, мысалы, үй жануарлары сияқты флуоресцентті балықтар, сондай-ақ ауруға шалдыққан мозоликтерді бақылауға көмектесетін GM мылтығы сияқты кейбір GM жануарлары пайда болды.
Алайда, бұл негізгі биологиялық зерттеулерден тыс шектеулі қолдану болып табылады. Әзірге азық-түлік көзі ретінде GM жануарлары бекітілмеген. Бірақ көп ұзамай, AquaAdvantage лососясымен келісу процесі арқылы өзгеруі мүмкін.
Алайда өсімдіктермен жағдай өзгеше. Көптеген өсімдіктер зерттеулерге өзгертілгенімен, өсімдік генетикалық түрлендірудің көптеген мақсаты - коммерциялық немесе әлеуметтік жағынан өсімдік штамдарын жасау. Мысалы, өсімдіктер өсімдіктерді Rainbow Papaya сияқты ауруға зиян келтіретін зиянкестерге қарсы тұрақтылықпен дамыған болса немесе өсімдік емес, бәлкім суық аймақта өсіру мүмкіндігі болса, өсіруге болады. Endless Summer Tomatoes сияқты ұзағырақ піскен жеміс, пайдалану үшін егін жинағаннан кейін сөреге дейін көп уақытты қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, А дәруменіне бай болуға арналған Алтын Райс сияқты немесе қоректік құнды жоғарылататын қасиеттер, сондай-ақ, қызармаған арктикалық алма сияқты жеміс-жидектердің пайдалы қасиеттеріне ие.
Негізінен, белгілі бір геннің қосылуы немесе тыйым салынуы арқылы көрінетін кез келген ерекшелікті енгізуге болады. Бірнеше генді талап ететін белгілерді де басқаруға болады, бірақ бұл коммерциялық дақылдармен әлі қол жеткізілмеген күрделі процесс қажет.
Ген деген не?
Жаңа гендерді организмдерге қалай енгізу туралы түсіндірмес бұрын, геннің не екенін түсіну маңызды. Көптеген адамдар білуі мүмкін, гендер DNA-дан жасалады, ол ішінара А, Т, С, Г деп аталатын төрт негізден тұрады. Осы негіздердің желілік тәртібі геннің ДНҚ тізбегіне дейін тізбектеліп, нақты ақуызға арналған код ретінде қарастырылуы мүмкін.
Ақуыздар аминқышқылдардан жасалған түрлі биологиялық молекулалар болып табылады. Аминқышқылдардың дұрыс тіркесімі бір-бірімен байланысқан кезде, аминқышқылдық тізбек белгілі бір функцияны немесе реакцияны жүзеге асыруға мүмкіндік беретін нақты бір пішіндегі ақуызға және оңтайлы химиялық қасиеттерге бірге бөлінеді. Өсімдіктер негізінен ақуыздардан тұрады. Кейбір белоктар химиялық реакцияларды катализдейтін ферменттер болып табылады; басқа көлік материалын жасушаларға бөледі, ал кейбіреулері басқа ақуыздарды немесе белок каскадтарын белсендіретін немесе ажырататын қосқыштар ретінде әрекет етеді.
Осылайша, жаңа ген енгізілгенде, ол жаңа белок жасай алу үшін клетка кодтық жүйелілігін береді.
Жасушалар өздерінің гендерін қалай ұйымдастырады?
Өсімдіктер мен жануарлардың жасушаларында ДНК-ның барлық дерлік хромосомдарға дейін созылған бірнеше ұзын тізбектерде реттеледі. Гендер, шын мәнінде, хромосоманы құрайтын ДНҚ-ның ұзын дәйектілігінің кішкене бөліктері ғана. Әрбір жасуша шағылысқан сайын, барлық хромосомалар біріншіден қайталанады. Бұл ұяшыққа арналған нұсқаулықтың негізгі жиынтығы және әрбір ұрпақ ұяшығы көшірме алады. Мәселен, жасушаны белгілі бір қасиетке ие жаңа протеин жасауға мүмкіндік беретін жаңа генді енгізу үшін, ұзын хромосомалық тізбектердің біріне ДНК-ны кіргізу қажет. Енгізілгеннен кейін, ДНҚ кез келген басқа гендер сияқты идентификация жасуша болған кез келген еншілес жасушаларға беріледі.
Шындығында, кейбір ДНҚ типтері хромосомалардан бөлек жасушаларда сақталуы мүмкін және гендер осы құрылымдар арқылы енгізілуі мүмкін, сондықтан олар хромосомалық ДНҚ-ға кірмейді. Дегенмен, осы тәсілмен клеткадағы хромосомалық ДНҚ өзгертілгендіктен, әдетте бірнеше репликациядан кейін барлық жасушаларда ұсталмайды. Өсімдік шаруашылығында қолданылатын процестер сияқты тұрақты және мұрагерлік генетикалық түрлендіру үшін хромосомалық модификациялар қолданылады.
Жаңа ген қалай қосылды?
Генетикалық инжиниринг организмнің хромосомалық ДНҚ-на жаңа ДНҚ базасының дәйектілігін (әдетте бүкіл генге сәйкес) енгізуді білдіреді. Бұл тұжырымдамалық түрде қарапайым көрінуі мүмкін, бірақ техникалық жағынан біршама күрделене түседі. Хромосомадағы дұрыс сигналдармен дұрыс ДНҚ дәйектілігін дұрыс контексте алудың көптеген техникалық сипаттамалары бар, бұл клеткалардың оны тануына мүмкіндік береді және оны жаңа протеин жасау үшін пайдаланады.
Барлық дерлік гендік-инженерлік рәсімдерге ортақ төрт негізгі элемент бар:
- Біріншіден, сізге ген керек. Бұл сізге белгілі бір базалық тізбегі бар физикалық ДНҚ молекуласының қажет екенін білдіреді. Дәстүрлі түрде, осы тізбектер организмнен тікелей бірнеше қиын әдістердің көмегімен алынған. Қазіргі уақытта ағзаның ДНК-ны алудың орнына ғалымдар әдеттегідей А, Т, С, Г химиялық заттарынан синтезделеді. Алынғаннан кейін, дәйектілігі кішкентай хромосомаға (плазмидке) ұқсайтын бактериялық ДНҚ бөлігіне енгізілуі мүмкін және қажет болған жағдайда геннің қаншалықты тез жасалуы мүмкін.
- Сізде ген бар болса, оны оны тану және оны білдіру үшін оң жақта орналасқан ДНҚ тізбегімен қоршалған ДНК тізбегіне орналастыру керек. Негізінде, бұл сізге генді білдіру үшін жасушаны сигнал беретін промоутер деп аталатын кішкентай ДНҚ тізбегін қажет етеді.
- Кірістірілетін негізгі генге қосымша маркер немесе іріктеуді қамтамасыз ету үшін жиі екінші ген қажет. Бұл екінші ген - бұл генді қамтитын жасушаларды анықтау үшін қолданылатын құрал.
- Ақырында, жаңа ДНҚ (яғни, промоутер, жаңа ген және іріктеу маркері) ағзаның жасушаларына жеткізу әдісі болуы керек. Мұны істеудің бірнеше жолы бар. Өсімдіктер үшін менің сүйіктіім - бұл гендік қару тәсіл, ол ДНҚ-жабыны бар вольфрам немесе алтын бөлшектерді жасушалар үшін ататын 22 модификациясын пайдаланады.
Жануарлардың жасушалары арқылы ДНҚ-ны қаптайтын немесе күрделі және оны жасушалық мембраналардан өткізуге мүмкіндік беретін бірқатар трансфектирлеу реагенттері бар. Сондай-ақ, ол ДНҚ-ның модифицирленген вирустық ДНҚ-мен біріктірілуі үшін жиі кездеседі, ол гендерді клеткаларға тасымалдау үшін ген векторы ретінде қолданыла алады. Өзгертілген вирустық ДНҚ қалыпты вирустық белоктармен инкапсуляциялануы мүмкін, ол псевдомирус жасайды, ол клеткаларды жұқтырып, генді көтеретін ДНҚ енгізеді, бірақ жаңа вирус жасау үшін қайталанбайды.
Көптеген дикоттық өсімдіктер үшін гент Agrobacterium tumefaciens бактерияларының T-DNA тасымалдаушысының модификацияланған нұсқасына орналастырылуы мүмкін. Бірнеше басқа тәсілдер бар. Дегенмен, көбінесе, жасушалардың шағын саны ғана осы процестің сыни бөлігін құрастырылған жасушаларды таңдауды жасайтын генді таңдайды. Сондықтан әдетте таңдау немесе маркер гені қажет.
Бірақ, генетикалық инженерияланған тінтуірді немесе қызанақты қалай жасайсыз?
ГИО - бұл миллиондаған жасушалардағы организм және жоғарыда көрсетілген техника тек бір жасушаны генетикалық жолмен қалай жасау керектігін нақты сипаттайды. Дегенмен, бүкіл ағзаны генерациялау процесі генетикалық инженерлік әдістерді ұрық жасушаларында (яғни, ұрық және жұмыртқаның жасушалары) пайдалануды талап етеді. Кілт генін енгізген соң, қалған процестер, негізінен, олардың ағзасындағы барлық жасушаларда жаңа генді қамтитын өсімдіктер мен жануарларды өндіру үшін генетикалық селекция әдістерін қолданады. Гендік инженерия шынымен жасушаларға жасалады. Биология қалғанын жасайды.