Kaj so GSO in kako jih izdelujemo?

GSO je skrajšan za "gensko spremenjeni organizem." Genske spremembe obstajajo že desetletja in je najučinkovitejši in hitrejši način za ustvarjanje rastline ali živali z določeno lastnostjo oz značilno. Omogoča natančne, specifične spremembe zaporedja DNK. Ker DNK v bistvu obsega načrt celotnega organizma, spremembe v DNK spremenijo, kaj je organizem in kaj lahko naredi. Tehnike manipulacije z DNK so se razvile šele v zadnjih 40 letih.

Kako gensko spremenite organizem? Pravzaprav je to precej široko vprašanje. Organizem je lahko rastlina, žival, gliva ali bakterija in vse to je lahko in je bilo gensko inženirsko oblikovano že skoraj 40 let. Prvi so bili gensko inženirski organizmi bakterije v zgodnjih 70. letih. Od takrat so gensko spremenjene bakterije postale konji stotine tisoč laboratorijev, ki izvajajo genetske spremembe tako na rastlinah kot na živalih. Večina osnovnih genskih premeščanj in modifikacij je zasnovanih in pripravljenih z uporabo bakterij, predvsem nekaj sprememb E. coli, nato prenese na ciljne organizme.

Splošni pristop za gensko spremenjene rastline, živali ali mikrobe je konceptualno precej podoben. Vendar pa obstajajo nekatere razlike v specifičnih tehnikah zaradi splošnih razlik med rastlinskimi in živalskimi celicami. Na primer, rastlinske celice imajo celične stene živalskih celic pa ne.

Gensko spremenjene živali so v glavnem samo za raziskovalne namene, kjer jih pogosto uporabljamo model bioloških sistemov za razvoj zdravil. Obstajalo je nekaj gensko spremenjenih živali, razvitih za druge komercialne namene, na primer: fluorescentne ribe kot hišni ljubljenčki in gensko spremenjeni komarji za pomoč pri nadzoru komarjev, ki prenašajo bolezni. Vendar pa gre za razmeroma omejeno uporabo zunaj osnovnih bioloških raziskav. Do zdaj nobena gensko spremenjena žival ni bila odobrena kot vir hrane. Kmalu pa se bo to lahko spremenilo pri AquaAdvantage lososu, ki se poda skozi postopek odobritve.

Z rastlinami pa je situacija drugačna. Medtem ko je veliko rastlin spremenjenih za raziskave, je cilj večine genetskih modifikacij pridelka narediti rastlinski sev, ki bo tržno ali družbeno koristen. Na primer, lahko pridelek povečate, če rastline gojimo z izboljšano odpornostjo proti škodljivcem, ki povzročajo bolezni, kot so Mavrična papajaali sposobnost rasti v negotovem, morda hladnejšem območju. Sadje, ki ostane zrelo dlje, kot je npr Neskončne poletne paradižnike, zagotavlja več časa za rok uporabe po spravilu za uporabo. Tudi lastnosti, ki povečujejo prehransko vrednost, kot so Zlati riž zasnovan tako, da je bogat z vitaminom A ali uporabnostjo sadja, kot je nepečenje rjave barve Arktična jabolka so bili tudi narejeni.

V bistvu je mogoče vnesti vsako značilnost, ki se lahko izrazi z dodatkom ali inhibicijo določenega gena. Lahko bi obvladovali tudi lastnosti, ki zahtevajo več genov, vendar je za to potreben bolj zapleten postopek, ki s komercialnimi pridelki še ni bil dosežen.

Preden razložimo, kako se novi geni vnesejo v organizme, je pomembno razumeti, kaj je gen. Kot mnogi verjetno vedo, so geni sestavljeni iz DNK, ki je delno sestavljen iz štirih baz, ki jih običajno preprosto označimo A, T, C, G. Linearni vrstni red teh baz v vrsti navzdol v nizu DNK gena lahko razumemo kot kodo za določen protein, tako kot črke v vrstici besedilne kode za stavek.

Beljakovine so velike biološke molekule, sestavljene iz aminokislin, povezanih v različnih kombinacijah. Ko je pravilna kombinacija aminokislin povezana, se veriga aminokislin zbere v protein s točno določeno obliko in ustreznimi kemijskimi lastnostmi, ki omogočajo opravljanje določene funkcije oz reakcija. Živa bitja so v veliki meri sestavljena iz beljakovin. Nekateri proteini so encimi, ki katalizirajo kemične reakcije; drugi prevažajo material v celice, nekateri pa delujejo kot stikala, ki aktivirajo ali deaktivirajo druge beljakovine ali proteinske kaskade. Torej, ko je nov gen uveden, daje celici kodno zaporedje, da lahko ustvari nov protein.

V rastlinskih in živalskih celicah je skoraj ves DNK urejen v več dolgih niti, navitih v kromosome. Geni so pravzaprav le majhni odseki dolgega zaporedja DNK, ki sestavlja kromosom. Vsakič, ko se celica replicira, se vsi kromosomi najprej replicirajo. To je osrednji nabor navodil za celico in vsaka potomka dobi kopijo. Torej, za uvedbo novega gena, ki celici omogoča, da ustvari nov protein, ki daje določeno lastnost, je preprosto treba vstaviti nekaj DNK v enega od dolgih pramenov kromosoma. Ko bo DNK vstavljen, se prenese v vse hčerinske celice, ko se celice razmnožijo tako kot vsi drugi geni.

Pravzaprav gotovo vrste DNK se lahko vzdržuje v celicah, ločenih od kromosomov, in geni se lahko vnesejo s pomočjo teh struktur, tako da se ne vključijo v kromosomsko DNK. Vendar s tem pristopom, ker je kromosomska DNK celice spremenjena, v več celicah po več ponovitvah običajno ne vzdržujemo. Za trajne in dedne genetske spremembe, kot so tisti postopki za inženirstvo, se uporabljajo kromosomske modifikacije.

Gensko inženiring se preprosto nanaša na vstavljanje novega zaporedja DNK (ki običajno ustreza celotnemu genu) v kromosomsko DNK organizma. To se morda zdi konceptualno enostavno, tehnično pa postane nekoliko bolj zapleteno. Veliko tehnicnih podrobnosti je vkljucenih v pridobivanje pravega zaporedja DNK s pravimi signali v kromosom v pravem kontekstu, ki celicam omogoča, da prepoznajo, da je gen in ga uporabljajo za izdelavo novega beljakovine.

Obstajajo štirje ključni elementi, ki so skupni skoraj vsem postopkom genskega inženiringa:

1. Najprej potrebujete gen. To pomeni, da potrebujete fizično molekulo DNK z določenimi osnovnimi zaporedji. Tradicionalno so bila ta zaporedja pridobljena neposredno iz organizma s katero koli od več napornih tehnik. Danes znanstveniki, namesto da izvlečejo DNK iz organizma, običajno samo sintetizirajo iz osnovnih kemikalij A, T, C, G. Ko ga pridobimo, lahko zaporedje vstavimo v košček bakterijske DNK, ki je kot majhen kromosom (plazmid) in, ker se bakterije hitro razmnožujejo, lahko naredimo toliko gena, kot je potrebno.
2. Ko gena dobite, ga morate namestiti v verigo DNK, obkroženo s pravim okoliškim zaporedjem DNK, da lahko celica prepozna in izrazi. V glavnem to pomeni, da potrebujete majhno zaporedje DNK, imenovano promotor, ki signalizira celici, da izrazi gen.
3. Poleg glavnega gena, ki ga je treba vstaviti, je pogosto potreben drugi gen za zagotovitev markerja ali selekcije. Ta drugi gen je v bistvu orodje za identifikacijo celic, ki vsebujejo gen.
4. Končno je treba imeti način dostave nove DNK (tj. Promotorja, novega gena in selekcijskega markerja) v celice organizma. Obstaja več načinov za to. Za rastline je moj najljubši genska pištola pristop, ki uporablja spremenjeno 22 puško za streljanje z volframovim ali zlatim delcem prevlečenimi v celice.

Z živalskimi celicami obstaja več transfekcijski reagenti ta plašč ali zaplete DNK in mu omogoči prehod skozi celične membrane. Prav tako je običajno, da se DNA spaja z njim spremenjena virusna DNK da je to mogoče uporabiti kot gensko vektorje za prenos gena v celice. Spremenjeno virusno DNK lahko kapsuliramo z običajnimi virusnimi beljakovinami, tako da nastane psevdovirus, ki lahko okuži celice in vstavi DNK, ki nosi gen, ne pa da se kopiči za nastanek novega virusa.

Za številne rastline diktat lahko gen namestimo v spremenjeno različico nosilca T-DNA bakterije Agrobacterium tumefaciens. Obstaja tudi nekaj drugih pristopov. Vendar pa pri večini le majhno število celic pobere gen, zaradi česar je izbor inženirskih celic kritičen del tega procesa. Zato je običajno potreben selekcijski ali markerski gen.

GSO je organizem z milijoni celic in zgornja tehnika samo resnično opisuje, kako genetsko inženiriti posamezne celice. Vendar postopek generiranja celotnega organizma v bistvu vključuje uporabo teh tehnik genskega inženiringa na zarodnih celicah (t.j. semenčici in jajčnih celicah). Ko je ključni gen vstavljen, preostali del procesa v osnovi uporablja genetske tehnike razmnoževanja za proizvodnjo rastlin ali živali, ki vsebujejo nov gen v vseh celicah v telesu. Gensko inženirstvo je za celice res samo narejeno. Biologija naredi ostalo.