Kako umetno spreminjajo DNK organizma v laboratorijskem sistemu?

Vsa živa bitja imajo v svojem DNK vrsto genov, ki določajo značilnosti vsakega posameznika. Od barve las jorkširskega terierja do barve oči papige, višine žirafe ali okusa mandarine, vse določajo geni.

Nabor genov, ki jih ima vsako živo bitje, je znan kot njen genotip, in opazne značilnosti, ki jih ti geni proizvajajo pri posamezniku Fenotip.

Velikokrat znanstvenike zanima spreminjanje genov v DNK za pridobitev določenega fenotipa. V nekaterih primerih je ta fenotip lahko odpornost rastline na kugo ali velikost in okus sadja. Vendar lahko v drugih primerih ta sprememba prizadeva za zdravljenje dedne bolezni ali celo raka.

Kako pa znanstveniki, genetiki in molekularni biologi naredijo umetno spreminjanje DNK za dosego teh namenov? To počnejo z različnimi tehnikami genskega inženiringa. Te tehnike mu omogočajo, da spremeni genetsko kodo ali vstavi gene in druge kose genetskega materiala iz enega posameznika do drugega.

Najbolj uporabljene tehnike so:

• Inducirane mutacije s sevanjem in kemičnimi mutani.
• Preobrazba.
• Transfekcija.
• Transdukcija.

Inducirane mutacije

Mutacija je vsaka sprememba v normalnem zaporedju DNK. Te se lahko pojavijo in se v resnici pojavljajo naravno z različnimi mehanizmi, ko se celice razdelijo ali reproducirajo, kar je ena od sil, ki poganja razvoj v živih bitjih.

Poleg tega, da so se naravno dogajali, so znanstveniki pred leti odkrili, da bi lahko v laboratoriju spodbudili mutacije. To se izvaja prek mutagenih zdravil (generatorjev mutacij) Fizikalno in kemično.

Inducirane mutacije, tako kot domorodci, se pojavljajo popolnoma naključno. To pomeni, da ne moremo nadzorovati, kateri gen ali katero določeno celico bo utrpela mutacija, niti kakšna posebna mutacija ne bo trpela.

Posledično, ko biologi želijo razviti sušo, bolj odporno rastlino, da se borijo proti svetovni lakoti, na primer to, kar običajno počnejo, spodbudi mutacije v milijonih in milijonih celic te rastline, z upanjem, da katera od teh celic vsebuje želene mutacijo. Potem, ko jo dobijo, reproducirajo to celico, dokler ne dobite popolne rastline.

Kot že omenjeno, obstajata dva glavna razreda mutagenov, fizikov in kemikov.

Mutacije, ki jih povzročajo fizični mutani

Najbolj uporabljen fizični mutagen v laboratoriju za induciranje mutacij je ionizirajoče sevanje. To lahko ustvari velike spremembe v DNK, kot je:

• Izbrisi ali izločanje celotnih kosov DNK ali kosov kromosomov.
• Naložbe iz zaporedja.
• Translokacije, v katerih se kos kromosoma premakne na drugo mesto, ki se razlikuje od prvotnega položaja.

Inducirane mutacije s kemičnimi mutani

Kemični mutani so kemične snovi, ki reagirajo z DNK ali ki motijo ​​njihovo podvajanje, ki običajno povzročijo posebne spremembe v zaporedju. Številne rakotvorne snovi, kot so nekateri konzervansi ali umetna barvila, so kemični mutageni.

Preobrazba

Poleg induciranih mutacij biotehnologi in genetski inženirji uporabljajo tudi druge tehnike za spreminjanje DNK. Ena od teh tehnik je transformacija, ki je sestavljena iz procesa, v katerem bakterija absorbira DNK druge bakterije skozi svojo celično steno.

Preoblikovanje znanstveniki ne uporabljajo samo za proizvodnjo bakterij s posebnimi genetskimi značilnostmi, ampak je tudi eden od načinov, kako se neškodljive ali celo koristne bakterije, kot so tiste, ki jih imamo v črevesju.

Transfekcija

Ko se zgoraj opisani postopek transformacije izvede pri živalih, se imenuje transfekcija. Z drugimi besedami, transfekcija je način, kako biotehnologi v živalske celice, kot so človeške celice, vnašajo tujo DNK.

Ker živalske celice nimajo naravne sposobnosti za absorpcijo DNK zunanjega okolja, se običajno izvaja proces, imenovan elektroporacija, ki v celični membrani ustvari velike pore, skozi katere lahko vstopi DNK.

Transdukcija

Transformacija in transfekcija nista zelo učinkovita načina za uvajanje genov v celico, saj je DNK zlahka pokvarjena, ko je zunaj celice. Zaradi tega, ko želite spremeniti kodo organizma, se v ta namen običajno uporablja sistem, ki ga ustvari narava: virus.

Virusi so veliki molekularni kompleksi, ki jih tvorijo beljakovine in DNK ali RNA. Obstaja veliko različnih vrst virusov, ki delujejo na različne načine, vendar je načelo vedno enako: z okužbo celice virus uvede svoj DNK, da sili celični stroji, da jo reproducira in prevede v bolj virusne delce.

Transdukcija je proces genetske spreminjanja, ki izkorišča to posebnost virusov, vendar za uvedbo DNK, ki si ga znanstveniki želijo, namesto virusnega DNK.

Z uporabo različnih tehnik molekularne biologije znanstveniki pridobijo lupino virusa in uvedejo DNK, ki ga želijo vključiti v celico. Nato okužijo celico s tem spremenjenim "virusom".

Cepiva proti koronavirusu: primer genetske modifikacije s transdukcijo

Morda se zdi čudno misliti, da je milijoni ljudi v zadnjem času prejelo genetsko terapijo, vendar to na nek način drži. To je zato, ker nekatera cepiva, ki so bila uporabljena in se še naprej uporabljajo za boj proti bolezni, ki jo proizvaja Coronavirus SARS-CoV-2, CoVID-19, uporabljajo načelo transdukcije za gensko spreminjanje bolnikovih celic.

Primeri tega so virusna vektorska cepiva, kot so Janssenova cepiva, Johnson in Johnson, in Chadox1, razviti med Univerzo v Oxfordu in Astrazeneca Company of Združeno kraljestvo. To cepivo je bilo izdelano z uporabo lupine virusa šimpanza, v katerem so bili predstavljeni geni, ki jih proizvajajo puyas koronavirusne krone.

Reference

1. Špansko združenje za pediatrijo. (2020, 14. decembra). Virusna vektorska cepiva: Chadox1 Univerze v Oxfordu in Astrazeneca. Okrevano od https: // cepcunasaep.Org/strokovnjaki/novice/covid-vacunas-victor-virul-chadox1-oxford-astrazeneca
2. Mednarodno združenje za atomsko energijo, IAEA. (s. F.). Indukcija mutacij v rastlinah | Oiea. Obnovljen od https: // www.Iaea.org/es/teme/indukcija mutacij
3. Medlineplus. (2021, 15. julij). Covid-19 cepivo, virusni vektor (Janssen [Johnson in Johnson]): Medlineplus. Obnovljeno od https: // MedlinePlus.Gov/španščina/zdravilo/Meds/A621007-ES.Html
4. Novak, f. J., & Brunner, h. (1992). Fitotehnika: inducirana tehnologija mutacije za izboljšanje pridelka. Bilten oiea, 25-33. Obnovljen od https: // www.Iaea.org/spletna mesta/privzeto/datoteke/34405682533_ES.PDF