Wat zijn GGO's en hoe worden ze gemaakt?

Wat is een GGO?

GMO staat voor "genetisch gemodificeerd organisme". Genetische modificatie bestaat al tientallen jaren en is de meest effectieve en snelle manier om een ​​plant of dier te maken met een specifiek kenmerk of kenmerk. Het maakt precieze specifieke veranderingen in de DNA-sequentie mogelijk. Omdat DNA in wezen de blauwdruk voor het hele organisme omvat, veranderen veranderingen in het DNA de functies waartoe het organisme in staat is.

Er is echt geen andere manier om dit te doen behalve door de technieken te gebruiken die de afgelopen 40 jaar zijn ontwikkeld om het DNA direct te manipuleren.

Hoe verander je een organisme genetisch? Eigenlijk is dit een vrij brede vraag. Een organisme kan een plant, een dier, een schimmel of een bacterie zijn en al deze soorten kunnen bijna 40 jaar genetisch worden gemanipuleerd. De eerste genetisch gemanipuleerde organismen waren bacteriën in de vroege jaren zeventig. Sindsdien zijn genetisch gemodificeerde bacteriën het werkpaard geworden van honderdduizenden laboratoria die genetische modificaties aan zowel planten als dieren uitvoeren. De meeste van de basisshuffelen en modificaties worden ontworpen en bereid met behulp van bacteriën, voornamelijk enige variatie van E. coli, en vervolgens overgebracht naar doelwitorganismen.

De algemene benadering voor het genetisch veranderen van planten, dieren of microben is conceptueel vergelijkbaar. Er zijn echter enkele verschillen in de specifieke technieken als gevolg van algemene verschillen tussen plantaardige en dierlijke cellen.

Plantcellen hebben bijvoorbeeld celwanden en dierlijke cellen niet.

Redenen voor genetische modificaties van planten en dieren

Genetisch gemodificeerde dieren worden voornamelijk gemaakt voor onderzoeksdoeleinden, vaak als model biologische systemen die worden gebruikt voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. Er zijn enkele genetisch gemodificeerde dieren ontwikkeld voor andere commerciële doeleinden, zoals fluorescerende vissen als huisdieren, en GM-muggen om ziektedragende muggen te bestrijden.

Dit is echter een relatief beperkte toepassing buiten biologisch basisonderzoek. Tot nu toe zijn geen GM-dieren goedgekeurd als voedselbron. Al snel kan dat echter veranderen met de AquaAdvantage Salmon die zijn weg vindt door het goedkeuringsproces.

Bij planten is de situatie echter anders. Hoewel veel planten zijn aangepast voor onderzoek, is het doel van de meeste genetische manipulatie van gewassen om een ​​plantstam te maken die commercieel of sociaal gunstig is. De opbrengsten kunnen bijvoorbeeld worden verhoogd als planten worden ontworpen met een verbeterde weerstand tegen een ziekte veroorzakende plaag zoals de Rainbow Papaya, of het vermogen om te groeien in een onherbergzame, misschien koudere regio. Fruit dat langer rijp blijft, zoals eindeloze zomertomaten, biedt meer tijd voor de tijd na de oogst voor gebruik. Ook zijn eigenschappen gemaakt die de voedingswaarde verhogen, zoals Gouden Rijst die is ontworpen om rijk te zijn aan vitamine A, of bruikbaarheid van het fruit, zoals niet-bruinerige Arctische Appels.

In wezen kan elk kenmerk dat kan worden gemanifesteerd met de toevoeging of remming van een specifiek gen, worden geïntroduceerd. Eigenschappen die meerdere genen vereisen, kunnen ook worden beheerd, maar dit vereist een meer gecompliceerd proces dat nog niet is bereikt met commerciële gewassen.

Wat is een gen?

Voordat we uitleggen hoe nieuwe genen in organismen worden gebracht, is het belangrijk om te begrijpen wat een gen is. Zoals velen waarschijnlijk weten, zijn genen gemaakt van DNA, dat gedeeltelijk is samengesteld uit vier basen die gewoonlijk worden aangeduid als simpelweg A, T, C, G. De lineaire volgorde van deze basen op een rij langs een DNA-streng van een gen kan worden gedacht als een code voor een specifiek eiwit, net als letters in een regel tekstcode voor een zin.

Eiwitten zijn grote biologische moleculen gemaakt van aminozuren met elkaar verbonden in verschillende combinaties. Wanneer de juiste combinatie van aminozuren aan elkaar wordt gekoppeld, vouwt de aminozuurketen zich samen tot een eiwit met een specifieke vorm en de juiste chemische kenmerken samen om het in staat te stellen een bepaalde functie of reactie uit te voeren. Levende dingen bestaan ​​grotendeels uit eiwitten. Sommige eiwitten zijn enzymen die chemische reacties katalyseren; anderen transporteren materiaal naar de cellen en sommige werken als schakelaars die andere eiwitten of eiwitcascades activeren of deactiveren.

Dus wanneer een nieuw gen wordt geïntroduceerd, geeft het de cel de codesequentie om het in staat te stellen een nieuw eiwit te maken.

Hoe organiseren cellen hun genen?

In planten en dierlijke cellen wordt bijna al het DNA in verschillende lange strengen geordend tot chromosomen. De genen zijn eigenlijk maar kleine delen van de lange DNA-sequentie waaruit een chromosoom bestaat. Telkens wanneer een cel repliceert, worden alle chromosomen eerst gerepliceerd. Dit is de centrale reeks instructies voor de cel en elke cel van een nageslacht krijgt een kopie. Dus, om een ​​nieuw gen te introduceren dat de cel in staat stelt om een ​​nieuw eiwit te maken dat een bepaald kenmerk verleent, hoeft men eenvoudigweg een beetje DNA in te voegen in een van de lange chromosoomstrengen. Eenmaal ingevoegd, zal het DNA worden doorgegeven aan eventuele dochtercellen wanneer ze zich net als alle andere genen repliceren.

In feite kunnen bepaalde soorten DNA worden behouden in cellen die gescheiden zijn van de chromosomen en kunnen genen worden geïntroduceerd met behulp van deze structuren, zodat ze niet integreren in het chromosomale DNA. Echter, met deze benadering wordt, omdat het chromosomale DNA van de cel wordt gewijzigd, gewoonlijk niet in alle cellen na verschillende replicaties gehandhaafd. Voor permanente en erfelijke genetische modificatie, zoals die processen die worden gebruikt voor het bewerken van gewassen, worden chromosomale modificaties gebruikt.

Hoe wordt een nieuw gen ingevoegd?

Genetische manipulatie verwijst eenvoudigweg naar het invoegen van een nieuwe DNA-basensequentie (meestal overeenkomend met een volledig gen) in het chromosomale DNA van het organisme. Dit lijkt conceptueel eenvoudig, maar technisch gezien wordt het iets gecompliceerder. Er zijn veel technische details betrokken bij het verkrijgen van de juiste DNA-sequentie met de juiste signalen in het chromosoom in de juiste context, waardoor de cellen kunnen herkennen dat het een gen is en het gebruiken om een ​​nieuw eiwit te maken.

Er zijn vier belangrijke elementen die bij bijna alle genetische engineeringprocedures voorkomen:

1. Ten eerste hebt u een gen nodig. Dit betekent dat je het fysieke DNA-molecuul nodig hebt met de specifieke basensequenties. Traditioneel werden deze sequenties direct verkregen van een organisme met behulp van een van de vele bewerkelijke technieken. Tegenwoordig synthetiseren wetenschappers in plaats van DNA te extraheren uit een organisme, meestal uit de basischemicaliën A, T, C, G. Eenmaal verkregen, kan de sequentie worden ingevoegd in een stuk bacterieel DNA dat lijkt op een klein chromosoom (een plasmide) en omdat bacteriën snel repliceren, kan zo veel van het gen als nodig worden gemaakt.
2. Als u eenmaal het gen hebt, moet u het in een DNA-streng plaatsen omringd door de juiste omringende DNA-sequentie om de cel in staat te stellen het te herkennen en tot uitdrukking te brengen. In de eerste plaats betekent dit dat je een kleine DNA-sequentie nodig hebt, een promotor genaamd, die de cel signaleert om het gen tot expressie te brengen.
3. Naast het hoofdgen dat moet worden ingevoegd, is vaak een tweede gen nodig om een ​​marker of selectie te verschaffen. Dit tweede gen is in wezen een hulpmiddel dat wordt gebruikt om de cellen te identificeren die het gen bevatten.
4. Ten slotte is het noodzakelijk om een ​​methode te hebben voor het afleveren van het nieuwe DNA (dat wil zeggen promotor, nieuw gen en selectiemarker) in de cellen van het organisme. Er zijn een aantal manieren om dit te doen. Voor planten is mijn favoriet de gengeweeraanpak die een gemodificeerd 22 geweer gebruikt om DNA-gecoate wolfraam- of gouddeeltjes in cellen te schieten.

Met dierlijke cellen zijn er een aantal transfectiereagentia die het DNA omhullen of complexeren en het in staat stellen door de celmembranen te gaan. Het is ook gebruikelijk dat het DNA wordt gesplitst samen met gemodificeerd viraal DNA dat kan worden gebruikt als een genvector om het gen in de cellen te dragen. Het gemodificeerde virale DNA kan worden ingekapseld met normale virale eiwitten om een ​​pseudovirus te maken dat cellen kan infecteren en het DNA kan REPLACEeren dat het gen draagt, maar niet repliceert om een ​​nieuw virus te maken.

Voor veel dicotyle planten kan het gen worden geplaatst in een gemodificeerde variant van de T-DNA-drager van de Agrobacterium tumefaciens-bacterie. Er zijn ook een paar andere benaderingen. Bij de meesten echter neemt slechts een klein aantal cellen het gen dat de selectie van de gemanipuleerde cellen maakt een kritisch deel van dit proces op. Dit is de reden waarom een ​​selectie- of markergen kenmerkend noodzakelijk is.

Maar hoe maak je een genetisch gemanipuleerde muis of tomaat?

Een GGO is een organisme met miljoenen cellen en de bovenstaande techniek beschrijft alleen echt hoe je genetisch genetisch kunt manipuleren. Het proces om een ​​volledig organisme te genereren omvat echter in wezen het gebruik van deze genetische manipulatietechnieken op kiemcellen (d.w.z. sperma- en eicellen). Zodra het sleutelgen is ingevoegd, gebruikt de rest van het proces in principe genetische kweektechnieken om planten of dieren te produceren die het nieuwe gen in alle cellen in hun lichaam bevatten. Genetische manipulatie is eigenlijk alleen maar voor cellen gedaan. Biologie doet de rest.