Mik a GMO-k és hogyan készülnek?

A GMO rövidítése a "géntechnológiával módosított szervezet". A genetikai módosítás évtizedek óta zajlik és a leghatékonyabb és leggyorsabb módszer növények vagy állatok létrehozására, amelyek sajátos tulajdonságúak, vagy jellegzetes. Ez lehetővé teszi a DNS szekvencia pontos, specifikus megváltoztatását. Mivel a DNS lényegében az egész szervezet tervét tartalmazza, a DNS változásai megváltoztatják, hogy mi a szervezet és mit tehet. A DNS manipulálásának technikáit csak az elmúlt 40 évben fejlesztették ki.

Hogyan lehet genetikailag módosítani egy szervezetet? Valójában ez egy nagyon széles kérdés. Egy organizmus lehet növény, állat, gomba vagy baktérium, ezek mindegyike géntechnológiával készül, és közel 40 éve működik. Az első géntechnológiával módosított szervezetek voltak baktériumok az 1970-es évek elején. Azóta a géntechnológiával módosított baktériumok több százezer laboratórium munkáltatójává váltak, amelyek genetikai módosítást végeznek mind növényeken, mind állatokon. Az alapvető génkeverés és -módosítások nagy részét baktériumok felhasználásával tervezik és készítik, főleg a baktériumok néhány változatát

A növények, állatok vagy mikrobák genetikailag megváltoztatására vonatkozó általános megközelítés fogalmi szempontból nagyon hasonló. A növényi és állati sejtek közötti általános különbségek miatt azonban vannak különbségek a speciális technikákban. Például a növényi sejteknek van sejtfalak és az állati sejtek nem.

A géntechnológiával módosított állatokat elsősorban csak kutatási célokra szánják, ahol gyakran használják őket biológiai rendszerek modellje a gyógyszerfejlesztéshez. Volt néhány géntechnológiával módosított állat, amelyet más kereskedelmi célokra fejlesztettek ki, például: fluoreszkáló halak háziállatokként és géntechnológiával módosított szúnyogok, amelyek segítenek a betegséget hordozó szúnyogok elleni védekezésben. Ezek azonban viszonylag korlátozott mértékben alkalmazhatók az alapvető biológiai kutatásokon kívül. Eddig egyetlen genetikailag módosított állatot sem hagytak jóvá élelmiszer-forrásként. Ez azonban hamarosan megváltozik az AquaAdvantage Salmon-lal, amely úton van a jóváhagyási folyamaton.

Növényekkel azonban a helyzet más. Noha sok növényt módosítanak kutatás céljából, a legtöbb növényi genetikai módosítás célja a növényi törzs előállítása, amely gazdasági vagy társadalmi szempontból előnyös. Például a hozam növelhető, ha a növényeket jobban ellenálljuk egy olyan betegséget okozó kártevővel szemben, mint a Rainbow Papaya, vagy az a képesség, hogy növekedjen egy szellemetlen, talán hidegebb régióban. Gyümölcs, amely hosszabb ideig érett, mint például Végtelen nyári paradicsom, több felhasználási időt biztosít a betakarítást követő tárolási időre. Ugyancsak olyan tulajdonságok, amelyek növelik a tápanyagot, mint például Arany rizs Úgy tervezték, hogy gazdag A-vitaminban, vagy a gyümölcs hasznosságában, például nem pirítósságban Sarkvidéki alma szintén készültek.

Alapvetően bármilyen vonás bevezethető, amely egy adott gén hozzáadásával vagy gátlásával nyilvánvalóvá válhat. A több gént igénylő tulajdonságokat szintén kezelni lehet, de ehhez összetettebb folyamat szükséges, amelyet a kereskedelmi növényekkel még nem sikerült elérni.

Mielőtt elmagyarázná, hogy az új gének hogyan kerülnek be az organizmusokba, fontos megérteni, mi a gén. Mint sokan valószínűleg tudják, a gének DNS-ből készülnek, amely részben négy bázisból áll, amelyeket általában egyszerűen megneveznek A, T, C, G. Ezen bázisok lineáris sorrendje egy gén DNS-szálán keresztül egy adott fehérje kódjaként tekinthető, csakúgy, mint egy mondat szöveges kódjának betűje.

A fehérjék nagy biológiai molekulák, amelyek aminosavakból állnak egymással összekapcsolva, különböző kombinációkban. Amikor az aminosavak helyes kombinációja kapcsolódik egymáshoz, az aminosavlánc összekapcsolódik egy fehérjévé egy adott formával és a megfelelő kémiai tulajdonságokkal együtt, hogy lehetővé tegye egy adott funkció elvégzését, vagy reakció. Az élő dolgok nagyrészt fehérjékből állnak. Egyes fehérjék olyan enzimek, amelyek kémiai reakciókat katalizálnak; mások szállítanak anyagot a sejtekbe, és mások kapcsolókként működnek, amelyek más fehérjéket vagy fehérje kaszkádokat aktiválnak vagy deaktiválnak. Tehát, amikor új gént vezet be, ez megadja a sejtnek a kódszekvenciáját, amely lehetővé teszi új fehérje előállítását.

A növényekben és az állati sejtekben a DNS szinte teljes egészét több hosszú szálba rendezik, amelyek kromoszómákba kerülnek. A gének valójában csak a DNS hosszú szekvenciájának kis részei, amelyek kromoszómát alkotnak. Minden alkalommal, amikor egy sejt replikálódik, először az összes kromoszóma replikálódik. Ez a központi utasításkészlet a cellához, és minden utódsejt kap egy példányt. Tehát egy új gén bevezetéséhez, amely lehetővé teszi a sejtek számára, hogy egy új tulajdonságot biztosító új fehérjét hozzon létre, egyszerűen be kell illeszteni egy kis DNS-t az egyik hosszú kromoszóma szálba. A beillesztés után a DNS továbbadódik minden lányos sejthez, amikor a sejtek replikálódnak, mint az összes többi gén.

Valójában bizonyos típusú DNS fenntarthatók a kromoszómáktól elkülönülõ sejtekben, és e struktúrákkal géneket lehet bevezetni, tehát nem integrálódnak a kromoszómális DNS-be. Ezzel a megközelítéssel azonban, mivel a sejt kromoszómális DNS-je megváltozott, több replikáció után általában nem marad meg az összes sejt. Az állandó és öröklődő genetikai módosításokhoz, például a növénytermesztéshez használt folyamatokhoz, kromoszómális módosításokat alkalmaznak.

A géntechnika egyszerűen egy új (általában egy teljes génnek megfelelő) DNS-bázisszekvencia beillesztésével utal a szervezet kromoszómális DNS-ébe. Ez fogalmi szempontból egyértelműnek tűnhet, de technikailag kissé bonyolultabbá válik. Számos technikai részlet foglalkozik azzal, hogy a megfelelő DNS-szekvenciát a megfelelő jelekkel juttassák be a a kromoszómát a megfelelő környezetben, amely lehetővé teszi a sejtek számára, hogy felismerjék egy gént, és felhasználják új előállítására fehérje.

Négy kulcsfontosságú elem van közös, amely szinte az összes géntechnikai eljáráshoz kapcsolódik:

1. Először szükség van egy génre. Ez azt jelenti, hogy szüksége van a fizikai DNS molekulára az adott bázisszekvenciákkal. Hagyományosan ezeket a szekvenciákat közvetlenül egy organizmusból nyerték, több nehézkes módszer bármelyikével. Manapság ahelyett, hogy egy organizmusból kinyernék a DNS-t, a tudósok általában csak az A, T, C, G alapvegyületekből szintetizálnak. Miután megkapta a szekvenciát, beilleszthető egy darabba a baktérium-DNS-ből, amely hasonló egy kis kromoszómához (plazmid), és mivel a baktériumok gyorsan replikálódnak, a szükséges génmennyiség előállítható.
2. Miután megszerezte a gént, el kell helyeznie egy DNS-szálba, amelyet a jobboldali körülvevő DNS-szekvencia vesz körül, hogy a sejt felismerje és kifejezze. Alapvetően ez azt jelenti, hogy szüksége van egy kis DNS-szekvenciára, úgynevezett promóterre, amely jelzi a sejtet a gén expresszálására.
3. A beillesztendő fő gén mellett gyakran egy második génre van szükség a marker vagy a szelekció biztosításához. Ez a második gén lényegében egy eszköz, amely a gént tartalmazó sejtek azonosítására szolgál.
4. Végül szükséges egy módszer az új DNS (azaz egy promoter, új gén és szelekciós marker) a szervezet sejtjeibe történő bejuttatására. Ennek számos módja van. A növényeknél a kedvencem a génfegyver Ez a megközelítés egy módosított 22 puskát használ a DNS-sel bevont volfrám- vagy aranyrészecskék lőésére a sejtekbe.

Az állati sejteknél számos transzfekciós reagensek amely bevonja vagy komplexálja a DNS-t, és lehetővé teszi annak átjutását a sejtmembránon. Általános az is, hogy a DNS-t összekapcsolják a módosított vírus DNS hogy felhasználható génvektorként a génnek a sejtekbe történő bejuttatásához. A módosított vírusos DNS kapszulázható normál vírusfehérjékkel oly módon, hogy olyan ál-vírust kapjunk, amely megfertőzheti a sejteket és beillesztheti a gént hordozó DNS-t, de nem replikálódhat új vírus előállításához.

Sok kétszikű növény esetében a gént be lehet helyezni az Agrobacterium tumefaciens baktériumok T-DNS hordozójának módosított változatába. Van néhány további megközelítés is. A legtöbb esetben azonban csak kevés sejt veszi fel a gént, így a módosított sejtek kiválasztása kritikus része ennek a folyamatnak. Ez az oka annak, hogy általában szelekciós vagy marker génre van szükség.

A GMO olyan szervezet, amelyben több millió sejt található, és a fenti technika valóban csak azt írja le, hogyan lehet genetikailag megtervezni az egyes sejteket. A teljes organizmus előállításának folyamata azonban lényegében magában foglalja ezen géntechnikai technikák alkalmazását csírasejteken (azaz sperma- és petesejteken). A kulcsgén beillesztése után a folyamat többi részében alapvetően genetikai nemesítési technikákat alkalmaznak növények vagy állatok előállítására, amelyek a test minden sejtjében tartalmazzák az új gént. A géntechnikát valójában csak a sejtekkel végzik el. A biológia teszi a többit.