Vad är GMO och hur gör de?

Vad är en GMO?

GMO är förkortad för "genetiskt modifierad organism". Genetisk modifiering har funnits i årtionden och är det mest effektiva och snabba sättet att skapa en växt eller ett djur med en särskild egenskap eller egenskap. Det möjliggör exakta specifika förändringar av DNA-sekvensen. Eftersom DNA väsentligen innefattar planen för hela organismen förändras förändringar i DNA-funktionen som organismen kan.

Det finns egentligen inget annat sätt att göra detta förutom genom att använda de tekniker som utvecklats under de senaste 40 åren för att direkt manipulera DNA.

Hur genetiskt modifierar du en organism? Det är faktiskt en ganska bred fråga. En organism kan vara en växt, djur, svamp eller bakterier och alla dessa kan vara och har varit genetiskt konstruerade i nästan 40 år. De första genetiskt manipulerade organismerna var bakterier i början av 1970-talet. Sedan dess har genetiskt modifierade bakterier blivit arbetshorse för hundratusentals laboratorier som gör genetiska modifieringar på både växter och djur. De flesta av de grundläggande gen-shufflingarna och modifieringarna är konstruerade och förberedda med bakterier, huvudsakligen viss variation av E. coli, och överförs sedan till målorganismer.

Den allmänna inställningen att genetiskt förändra växter, djur eller mikrober är begreppsmässigt ganska likartad. Det finns emellertid vissa skillnader i de specifika teknikerna på grund av generella skillnader mellan växt- och djurceller.

Till exempel har växtceller cellväggar och djurceller gör det inte.

Orsaker till genetiska modifieringar av växter och djur

GM-djur görs främst för forskningsändamål, ofta som biologiska system som används för läkemedelsutveckling. Det har funnits några genetiskt modifierade djur som utvecklats för andra kommersiella ändamål, såsom fluorescerande fisk som husdjur, och GM-myggor för att hjälpa till att kontrollera sjukdomsbärande myggor.

Dessa är emellertid relativt begränsad tillämpning utanför grundläggande biologisk forskning. Hittills har inga GM-djur godkänts som livsmedelskälla. Snart kan det dock ändras med AquaAdvantage-laxen som går igenom godkännandeprocessen.

Med växter är situationen dock annorlunda. Medan många växter modifieras för forskning, är målet med den mest växtgenetiska modifieringen att göra en plantstam som är kommersiellt eller socialt fördelaktig. Till exempel kan utbyten ökas om växter konstrueras med förbättrad motståndskraft mot ett sjukdomskrävande skadedjur som Rainbow Papaya, eller förmågan att växa i en oskötlig, kanske kallare region. Frukt som stannar mogen längre, såsom Endless Summer Tomatoes, ger mer tid för hylla efter skörden för användning. Dessutom har egenskaper som förbättrar näringsvärdet, såsom Golden Rice, som är konstruerade för att vara rik på vitamin A, eller nyttan av frukten, såsom icke-brunande arktiska äpplen, också gjorts.

I huvudsak kan varje egenskap som kan manifesteras med tillsatsen eller inhiberingen av en specifik gen, införas. Egenskaper som kräver flera gener kan också hanteras, men det kräver en mer komplicerad process som ännu inte uppnåtts med kommersiella grödor.

Vad är ett gen?

Innan vi förklarar hur nya gener läggs i organismer är det viktigt att förstå vad en gen är. Så många vet antagligen att gener är gjorda av DNA, som delvis består av fyra baser som vanligtvis anges som bara A, T, C, G. Den linjära ordningen av dessa baser i rad ner en DNA-sträng i en gen kan anses som en kod för ett specifikt protein, precis som bokstäver i en rad textkod för en mening.

Proteiner är stora biologiska molekyler gjorda av aminosyror kopplade ihop i olika kombinationer. När den rätta kombinationen av aminosyror är sammanlänkad sammanfaller aminosyrakedjan i ett protein med en specifik form och de rätta kemiska egenskaperna tillsammans för att det ska kunna utföra en viss funktion eller reaktion. Levande saker består till stor del av proteiner. Vissa proteiner är enzymer som katalyserar kemiska reaktioner; andra transporterar material i cellerna och vissa fungerar som omkopplare som aktiverar eller avaktiverar andra proteiner eller proteinkaskader.

Så när en ny gen introduceras, ger den cellen kodföljden så att den kan göra ett nytt protein.

Hur organiserar cellerna sina gener?

I växter och djurceller ordnas nästan allt DNA i flera långa strängar som lindas upp i kromosomer. Generna är faktiskt bara små delar av den långa DNA-sekvensen som utgör en kromosom. Varje gång en cell replikerar, replikeras alla kromosomerna först. Detta är den centrala uppsättningen instruktioner för cellen, och varje avkomma cell får en kopia. Så för att introducera en ny gen som gör det möjligt för cellen att skapa ett nytt protein som ger en viss egenskap, behöver man helt enkelt infoga en bit av DNA i en av de långa kromosomsträngarna. När en gång har införts kommer DNA att överföras till några dotterceller när de celler replikerar precis som alla andra gener.

Faktum är att vissa typer av DNA kan bibehållas i celler som är separerade från kromosomerna och gener kan introduceras med hjälp av dessa strukturer så att de inte integreras i det kromosomala DNA. Med detta tillvägagångssätt är emellertid, eftersom cellens kromosomala DNA förändras, vanligtvis inte bibehållet i alla celler efter flera replikationer. För permanent och ärftlig genetisk modifiering, såsom de processer som används för odlingsteknik, används kromosomala modifieringar.

Hur sätts en ny gen in?

Geneteknik hänvisar helt enkelt till att införa en ny DNA-bassekvens (vanligtvis motsvarande en hel gen) i organismens kromosomala DNA. Det kan tyckas begreppsmässigt enkelt, men tekniskt blir det lite mer komplicerat. Det finns många tekniska detaljer som är inblandade i att få rätt DNA-sekvens med rätt signaler i kromosomen i rätt sammanhang som gör det möjligt för cellerna att känna igen det är en gen och använda den för att skapa ett nytt protein.

Det finns fyra nyckelelement som är gemensamma för nästan alla genetiska procedurer:

1. Först behöver du en gen. Det betyder att du behöver den fysiska DNA-molekylen med de specifika bassekvenserna. Traditionellt erhölls dessa sekvenser direkt från en organism med användning av någon av flera mödosamma tekniker. I dag, istället för att extrahera DNA från en organism, syntetiserar forskare vanligtvis bara från de grundläggande A-, T-, C-, G-kemikalierna. När en gång erhållits kan sekvensen sättas in i en bit bakteriell DNA som är som en liten kromosom (en plasmid) och eftersom bakterier replikerar snabbt kan så mycket av genen som behövs göras.
2. När du har genen måste du placera den i en DNA-sträng omgiven av den rätta omgivande DNA-sekvensen för att möjliggöra för cellen att känna igen den och uttrycka den. Principiellt betyder det att du behöver en liten DNA-sekvens som heter en promotor som signalerar cellen för att uttrycka genen.
3. Förutom huvudgenen som ska införas krävs ofta en andra gen för att ge en markör eller ett urval. Denna andra gen är i huvudsak ett verktyg som används för att identifiera cellerna som innehåller genen.
4. Slutligen är det nödvändigt att ha en metod att leverera det nya DNA: t (promotor, ny gen och selektionsmarkör) i organismens celler. Det finns ett antal sätt att göra detta. För växter är min favorit genpistolens tillvägagångssätt som använder en modifierad 22 gevär för att skjuta DNA-belagd volfram eller guldpartiklar i celler.

Med djurceller finns ett antal transfektionsreagenser som belägger eller komplexar DNA: n och gör det möjligt att passera genom cellmembranen. Det är också vanligt att DNA: t splitsas tillsammans med modifierat viralt DNA som det kan användas som en genvektor för att bära genen i cellerna. Det modifierade virala DNA kan inkapslas med normala virusproteiner för att skapa ett pseudovirus som kan infektera celler och infoga DNA som bär genen, men inte replikera för att skapa nytt virus.

För många dikotväxter kan genen placeras i en modifierad variant av T-DNA bäraren av Agrobacterium tumefaciens bakterierna. Det finns också några andra tillvägagångssätt. Men med de flesta, tar endast ett litet antal celler upp genen som gör valet av de konstruerade cellerna en kritisk del av denna process. Det är därför som ett val eller en markgen är vanligtvis nödvändig.

Men hur gör man en genetiskt konstruerad mus eller tomat?

En GMO är en organism med miljontals celler och tekniken ovan beskriver bara hur man genetiskt manipulerar enskilda celler. Processen för att generera en hel organism involverar emellertid i huvudsak användningen av dessa genteknikstekniker på bakterieceller (t.ex. spermier och äggceller). När nyckelgenen är införd använder resten av processen i grunden genetiska avelsteknik för att producera växter eller djur som innehåller den nya genen i alla celler i kroppen. Genetik är verkligen bara gjort för celler. Biologi gör resten.