Génmanipuláció -Genetic engineering

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A génmanipuláció, más néven génmódosítás vagy génmanipuláció, egy szervezet génjeinek módosítása és manipulálása technológia segítségével . Ez a sejtek genetikai felépítésének megváltoztatására használt technológiák összessége, beleértve a gének fajhatárokon belüli és fajhatárokon át történő átvitelét, hogy javított vagy új organizmusokat hozzanak létre . Az új DNS - t vagy a kérdéses genetikai anyag izolálásával és másolásával nyerik rekombináns DNS- módszerekkel, vagy a DNS mesterséges szintetizálásával . Általában egy konstrukciót hoznak létre és használnak fel ennek a DNS-nek a gazdaszervezetbe történő beillesztésére. Az első rekombináns DNS-molekulát Paul Berg készítette 1972-ben az SV40 majomvírusból származó DNS- nek a lambda vírussal való kombinálásával . A gének beszúrása mellett a folyamat felhasználható a gének eltávolítására vagy „ kiütésére ”. Az új DNS véletlenszerűen beilleszthető, vagy a genom egy meghatározott részére célozható .

A géntechnológiával előállított organizmus géntechnológiával módosítottnak (GM), a létrejövő entitás pedig géntechnológiával módosított szervezetnek (GMO) minősül. Az első GMO a Herbert Boyer és Stanley Cohen által 1973-ban generált baktérium volt. Rudolf Jaenisch hozta létre az első GM állatot, amikor 1974-ben idegen DNS-t illesztett egy egérbe . Az első géntechnológiára összpontosító céget, a Genentechet 1976-ban alapították. megkezdte az emberi fehérjék termelését. A génmanipulált humán inzulint 1978-ban állították elő, az inzulintermelő baktériumokat 1982-ben hozták kereskedelmi forgalomba. A géntechnológiával módosított élelmiszereket 1994 óta árulják, a Flavr Savr paradicsom kiadásával. A Flavr Savr-t hosszabb eltarthatóságra tervezték, de a legtöbb jelenlegi génmódosított növényt úgy módosították, hogy növeljék a rovarokkal és gyomirtókkal szembeni ellenállást. A GloFish, az első, házi kedvencnek tervezett GMO, 2003 decemberében került forgalomba az Egyesült Államokban. 2016-ban növekedési hormonnal módosított lazac került forgalomba.

A géntechnológiát számos területen alkalmazták, beleértve a kutatást, az orvostudományt, az ipari biotechnológiát és a mezőgazdaságot. A kutatás során a GMO-kat a génfunkciók és -expresszió tanulmányozására használják funkcióvesztésen, funkciónövekedésen, nyomon követési és expressziós kísérleteken keresztül. Bizonyos állapotokért felelős gének kiiktatásával lehetőség nyílik emberi betegségek állati modellszervezeteinek létrehozására. A hormonok, vakcinák és egyéb gyógyszerek előállítása mellett a géntechnológia képes genetikai betegségek gyógyítására is a génterápia révén . Ugyanazok a technikák, amelyeket a gyógyszerek előállításához használnak, ipari alkalmazások is lehetnek, például mosószerekhez, sajtokhoz és más termékekhez enzimek előállítására.

A kereskedelmi forgalomba hozott génmódosított növények térnyerése számos országban gazdasági előnyökkel járt a gazdálkodók számára, de ez a technológiával kapcsolatos legtöbb vita forrása is . Ez a korai használat óta jelen van; az első tereppróbákat a GM-ellenes aktivisták semmisítették meg. Bár tudományos konszenzus van abban, hogy a jelenleg rendelkezésre álló, GM-növényekből származó élelmiszerek nem jelentenek nagyobb kockázatot az emberi egészségre, mint a hagyományos élelmiszerek, a GM-élelmiszerek biztonsága a kritikusok egyik fő aggálya. A génáramlást, a nem célszervezetekre gyakorolt ​​hatást, az élelmiszerellátás ellenőrzését és a szellemi tulajdonjogokat is potenciális problémaként vetették fel. Ezek az aggodalmak egy szabályozási keret kidolgozásához vezettek, amely 1975-ben kezdődött. Ennek eredményeként létrejött egy nemzetközi szerződés, a Cartagena Protocol on Biosafety, amelyet 2000-ben fogadtak el. Az egyes országok kidolgozták saját szabályozási rendszereiket a GMO-kra vonatkozóan, a legmarkánsabb különbségek az Egyesült Államok és Európa között.

IUPAC definíció

Géntechnológia : új genetikai információ meglévő sejtekbe történő beillesztésének folyamata egy adott organizmus módosítása céljából annak jellemzőinek megváltoztatása céljából.

Megjegyzés : A ref.

Áttekintés

A hagyományos növénynemesítés összehasonlítása transzgenikus és ciszgénes genetikai módosítással

A génsebészet egy olyan folyamat, amely megváltoztatja egy szervezet genetikai szerkezetét a DNS eltávolításával vagy bejuttatásával, vagy a meglévő genetikai anyag in situ módosításával. Ellentétben a hagyományos állat- és növénynemesítéssel, amely több keresztezést, majd a kívánt fenotípusú szervezet kiválasztását foglalja magában, a géntechnológia közvetlenül az egyik szervezetből veszi a gént, és továbbítja a másikba. Ez sokkal gyorsabb, bármilyen szervezetből származó gén beillesztésére használható (akár a különböző tartományokból származó géneket is), és megakadályozza, hogy más nemkívánatos gének is hozzáadódjanak.

A géntechnológia potenciálisan javíthatja az emberek súlyos genetikai rendellenességeit, ha a hibás gént működőképesre cseréli. A kutatás fontos eszköze, amely lehetővé teszi bizonyos gének működésének tanulmányozását. A gyógyszereket, vakcinákat és egyéb termékeket olyan organizmusokból gyűjtötték be, amelyeket ezek előállítására terveztek. Olyan növényeket fejlesztettek ki, amelyek elősegítik az élelmezésbiztonságot azáltal, hogy növelik a hozamot, a tápértéket és a környezeti terhelésekkel szembeni toleranciát.

A DNS bejuttatható közvetlenül a gazdaszervezetbe vagy egy sejtbe, amelyet azután a gazdaszervezettel fuzionálnak vagy hibridizálnak . Ez a rekombináns nukleinsav technikákon alapul az öröklődő genetikai anyag új kombinációinak kialakítására, majd az adott anyag beépítésére vagy közvetve egy vektorrendszeren keresztül, vagy közvetlenül mikroinjekcióval, makroinjekcióval vagy mikrokapszulázással .

A géntechnológia általában nem foglalja magában a hagyományos nemesítést, az in vitro megtermékenyítést, a poliploidia kiváltását, a mutagenezist és a sejtfúziós technikákat, amelyek nem használnak rekombináns nukleinsavakat vagy genetikailag módosított szervezetet a folyamatban. A géntechnológia néhány tág meghatározása azonban magában foglalja a szelektív nemesítést . A klónozás és az őssejtkutatás, bár nem tekintik génsebészetnek, szorosan összefüggenek egymással, és ezeken belül is használható a génsebészet. A szintetikus biológia egy feltörekvő tudományág, amely egy lépéssel tovább viszi a géntechnológiát azáltal, hogy mesterségesen szintetizált anyagot juttat be egy szervezetbe.

A géntechnológiával megváltoztatott növényeket, állatokat vagy mikroorganizmusokat géntechnológiával módosított szervezeteknek vagy GMO -knak nevezzük . Ha egy másik fajból származó genetikai anyagot adnak a gazdaszervezethez, a létrejövő szervezetet transzgenikusnak nevezik . Ha ugyanabból a fajból vagy egy olyan fajból származó genetikai anyagot használunk, amely a gazdaszervezettel természetesen szaporodni képes, a létrejövő szervezetet ciszgénnek nevezzük . Ha géntechnológiát alkalmaznak a genetikai anyag eltávolítására a célszervezetből, a létrejövő szervezetet kiütött szervezetnek nevezik. Európában a génmódosítás a génsebészet szinonimája, míg az Amerikai Egyesült Államokban és Kanadában a génmódosítás a hagyományosabb nemesítési módszerekre is utalhat.

Történelem

Az emberek évezredek óta változtatták meg a fajok genomját szelektív tenyésztéssel vagy mesterséges szelekcióval, ellentétben a természetes szelekcióval . Újabban a mutációs tenyésztés vegyi anyagoknak vagy sugárzásnak való kitettséget alkalmaz a véletlenszerű mutációk nagy gyakoriságú előidézésére szelektív tenyésztési célokra. A géntechnológia, mint a DNS közvetlen emberi manipulációja a tenyésztésen és mutációkon kívül, csak az 1970-es évek óta létezik. A "géntechnológia" kifejezést először Jack Williamson használta a Dragon's Island című tudományos-fantasztikus regényében, amely 1951-ben jelent meg – egy évvel azelőtt, hogy Alfred Hershey és Martha Chase megerősítette a DNS szerepét az öröklődésben, két évvel pedig James Watson és Francis Crick bemutatása előtt. hogy a DNS -molekula kettős hélix szerkezetű – bár a közvetlen génmanipuláció általános fogalmát kezdetleges formában tárta fel Stanley G. Weinbaum 1936-os sci-fi-története, a Proteus Island .

1974-ben Rudolf Jaenisch megalkotta a genetikailag módosított egeret, az első génmódosított állatot.

1972-ben Paul Berg megalkotta az első rekombináns DNS- molekulát az SV40 majomvírus DNS-ének és a lambdavírus DNS-ének kombinálásával . 1973-ban Herbert Boyer és Stanley Cohen megalkotta az első transzgenikus szervezetet úgy, hogy antibiotikum-rezisztencia géneket épített be egy Escherichia coli baktérium plazmidjába . Egy évvel később Rudolf Jaenisch egy transzgenikus egeret hozott létre idegen DNS-nek az embriójába való bejuttatásával, ezzel a világ első transzgenikus állatává . Ezek az eredmények a tudományos közösségben aggodalmakhoz vezettek a géntechnológia lehetséges kockázatai miatt, amelyeket először az Asilomar konferencián vitattak meg részletesen. A találkozó egyik fő ajánlása az volt, hogy a rekombináns DNS-kutatás kormányzati felügyeletét meg kell teremteni mindaddig, amíg a technológiát biztonságosnak nem tartják.

1976-ban Herbert Boyer és Robert Swanson megalapította a Genentech-et, az első géntechnológiai vállalatot, majd egy évvel később a vállalat emberi fehérjét ( szomatosztatint ) állított elő E. coliban . A Genentech 1978-ban jelentette be a genetikailag módosított emberi inzulin gyártását. 1980-ban az Egyesült Államok Legfelsőbb Bírósága a Diamond kontra Chakrabarty ügyben kimondta, hogy a genetikailag módosított élet szabadalmaztatható. A baktériumok által termelt inzulint 1982- ben engedélyezte az Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatóság (FDA).

1983-ban egy biotechnológiai cég, az Advanced Genetic Sciences (AGS) engedélyt kért az Egyesült Államok kormányától, hogy szántóföldi teszteket végezzen a Pseudomonas syringae jégmínusz törzzsel, hogy megvédje a termést a fagytól, de a környezetvédő csoportok és a tiltakozók négy évvel késleltették a szántóföldi teszteket. jogi kihívások. 1987-ben a P. syringae jégmínusz törzse lett az első genetikailag módosított organizmus (GMO), amely a környezetbe került, amikor Kaliforniában egy eper- és egy burgonyaföldet permeteztek vele. Mindkét tesztmezőt megtámadták aktivista csoportok a tesztek előtti zakán: "A világ első kísérleti helyszíne vonzotta a világ első helyszíni szemetesét".

A génmanipulált növények első szántóföldi kísérleteit Franciaországban és az Egyesült Államokban végezték 1986-ban, és a dohánynövényeket úgy alakították ki, hogy ellenállóak legyenek a gyomirtó szerekkel szemben . A Kínai Népköztársaság volt az első ország, amely kereskedelmi forgalomba hozott transzgénikus növényeket, és 1992-ben bevezetett egy vírusrezisztens dohányt. 1994-ben a Calgene engedélyt kapott az első géntechnológiával módosított élelmiszer, a Flavr Savr kereskedelmi forgalomba hozatalára, amely egy hosszabb eltarthatóságra tervezett paradicsom. . 1994-ben az Európai Unió jóváhagyta a módosított dohányt, hogy ellenálljon a bromoxinil herbicidnek, így ez az első génmanipulált növény, amelyet Európában forgalomba hoztak. 1995-ben a Bt burgonyát biztonságosnak minősítette a Környezetvédelmi Ügynökség, miután az FDA jóváhagyta, így ez az első növényvédőszer-termelő növény, amelyet jóváhagytak az Egyesült Államokban. 2009-ben 11 transzgénikus növényt termesztettek kereskedelmi forgalomba 25 országban, amelyek közül a termesztett terület szerint a legnagyobbak az Egyesült Államokban, Brazíliában, Argentínában, Indiában, Kanadában, Kínában, Paraguayban és Dél-Afrikában voltak.

2010-ben a J. Craig Venter Intézet tudósai létrehozták az első szintetikus genomot, és behelyezték egy üres baktériumsejtbe. Az így létrejövő baktérium, a Mycoplasma laboratorium képes replikálódni és fehérjéket termelni. Négy évvel később ez egy lépéssel tovább ment, amikor egy olyan baktériumot fejlesztettek ki, amely egy egyedi bázispárt tartalmazó plazmidot replikált, így létrejött az első olyan szervezet, amelyet kiterjesztett genetikai ábécé használatára terveztek. 2012-ben Jennifer Doudna és Emmanuelle Charpentier együttműködve kifejlesztették a CRISPR/Cas9 rendszert, egy olyan technikát, amellyel szinte bármilyen élőlény genomja könnyen és specifikusan módosítható.

Folyamat

A GMO létrehozása többlépcsős folyamat. A génmérnököknek először ki kell választaniuk, hogy milyen gént kívánnak beilleszteni a szervezetbe. Ezt az vezérli, hogy mi a cél a létrejövő szervezet számára, és ez a korábbi kutatásokra épül. Genetikai szűrések végezhetők a potenciális gének meghatározására, majd további tesztek segítségével azonosíthatók a legjobb jelöltek. A microarray -ek, a transzkriptomika és a genomszekvenálás fejlesztése sokkal könnyebbé tette a megfelelő gének megtalálását. A szerencse is kiveszi a részét; a Roundup Ready gént azután fedezték fel, hogy a tudósok észrevették a gyomirtó jelenlétében virágzó baktériumot.

Génizolálás és klónozás

A következő lépés a jelölt gén izolálása. A gént tartalmazó sejtet kinyitják, és a DNS-t megtisztítják. A gént restrikciós enzimekkel választják el a DNS fragmentumokra vágására vagy polimeráz láncreakcióval (PCR) a génszegmens felerősítésére. Ezek a szegmensek ezután gélelektroforézissel extrahálhatók . Ha a kiválasztott gént vagy a donor szervezet genomját alaposan tanulmányozták, az már elérhető lehet egy genetikai könyvtárból . Ha a DNS-szekvencia ismert, de a gén másolatai nem állnak rendelkezésre, mesterségesen is szintetizálható . Az izolálás után a gént egy plazmidba ligálják , majd beillesztik egy baktériumba. A plazmid replikálódik, amikor a baktériumok osztódnak, így biztosítva, hogy a gén korlátlan számú másolata álljon rendelkezésre. Az RK2 plazmid figyelemre méltó, hogy képes replikálódni sokféle egysejtű szervezetben, ami alkalmassá teszi géntechnológiai eszközként.

Mielőtt a gént beépítenék a célszervezetbe, más genetikai elemekkel kell kombinálni. Ezek közé tartozik a promoter és terminátor régió, amelyek elindítják és befejezik a transzkripciót . Egy szelektálható markergént adnak hozzá, amely a legtöbb esetben antibiotikum-rezisztenciát biztosít, így a kutatók könnyen meghatározhatják, hogy mely sejteket sikerült sikeresen transzformálni. A gén ebben a szakaszban is módosítható a jobb expresszió vagy hatékonyság érdekében. Ezeket a manipulációkat rekombináns DNS -technikákkal, például restrikciós emésztéssel, ligálással és molekuláris klónozással hajtják végre.

DNS beillesztése a gazda genomjába

A génfegyver biolisztikát használ a DNS-nek a növényi szövetekbe való beillesztésére

Számos technikát alkalmaznak genetikai anyag beillesztésére a gazda genomjába. Egyes baktériumok természetesen felvehetnek idegen DNS-t . Ez a képesség más baktériumokban is indukálható stressz hatására (pl. hő- vagy áramütés), ami növeli a sejtmembrán DNS-permeabilitását; A felvett DNS vagy integrálódhat a genommal, vagy extrakromoszómális DNS -ként létezhet . A DNS-t általában mikroinjekcióval juttatják be az állati sejtekbe, ahol a sejtmag burkon keresztül közvetlenül a sejtmagba vagy vírusvektorok segítségével juttatható be .

A növényi genomokat fizikai módszerekkel vagy az Agrobacterium használatával módosíthatjuk a T-DNS bináris vektorokban tárolt szekvenciák szállítására . A növényekben a DNS-t gyakran Agrobacterium által közvetített transzformációval inszertálják , kihasználva az Agrobacterium T-DNS- szekvenciáját, amely lehetővé teszi a genetikai anyag természetes beépülését a növényi sejtekbe. Az egyéb módszerek közé tartozik a biolisztika, ahol arany- vagy volfrámrészecskéket vonnak be DNS-sel, majd a fiatal növényi sejtekbe lövik be, valamint az elektroporáció, amely áramütés segítségével teszi a sejtmembránt áteresztővé a plazmid DNS számára.

Mivel csak egyetlen sejtet transzformálnak genetikai anyaggal, a szervezetet ebből az egyetlen sejtből kell regenerálni . Növényekben ezt szövettenyészet alkalmazásával érik el . Állatoknál biztosítani kell, hogy a beépített DNS jelen legyen az embrionális őssejtekben . A baktériumok egyetlen sejtből állnak, és klonálisan szaporodnak, így nincs szükség regenerációra. A szelektálható markereket a transzformált és a nem transzformált sejtek könnyű megkülönböztetésére használjuk. Ezek a markerek általában jelen vannak a transzgenikus szervezetben, bár számos olyan stratégiát fejlesztettek ki, amelyek eltávolíthatják a szelekciós markert az érett transzgenikus növényből.

Az A. tumefaciens egy sárgarépa sejthez kapcsolódik

További vizsgálatokat végeznek PCR-rel, Southern-hibridizációval és DNS-szekvenálással annak igazolására, hogy egy szervezet tartalmazza-e az új gént. Ezek a tesztek megerősíthetik a beillesztett gén kromoszómális elhelyezkedését és kópiaszámát is. A gén jelenléte nem garantálja, hogy megfelelő szinten fejeződik ki a célszövetben, ezért olyan módszereket is alkalmaznak, amelyek a géntermékeket (RNS és fehérje) keresik és mérik. Ezek közé tartozik a Northern hibridizáció, a kvantitatív RT-PCR, a Western blot, az immunfluoreszcencia, az ELISA és a fenotípusos elemzés.

Az új genetikai anyag véletlenszerűen beépíthető a gazda genomjába, vagy megcélozható egy adott helyre. A géncélzás technikája homológ rekombinációt használ egy adott endogén gén kívánt változtatásainak elvégzésére. Ez általában viszonylag alacsony gyakorisággal fordul elő növényekben és állatokban, és általában kiválasztható markerek használatát teszi szükségessé . A géncélzás gyakorisága nagymértékben növelhető genomszerkesztéssel . A genomszerkesztés mesterségesen megtervezett nukleázokat használ, amelyek specifikus kettős szálú töréseket hoznak létre a genom kívánt helyein, és a sejt endogén mechanizmusait használják fel a homológ rekombináció és a nem homológ végcsatlakozás természetes folyamatai által kiváltott törés helyreállítására . A módosított nukleázoknak négy családja létezik: meganukleázok, cinkujj- nukleázok, transzkripciós aktivátor-szerű effektor nukleázok (TALEN) és a Cas9-guideRNS rendszer (a CRISPR -ből adaptálva ). A két leggyakrabban használt TALEN és CRISPR, és mindegyiknek megvannak a maga előnyei. A TALEN-ek célspecifikusabbak, míg a CRISPR könnyebben tervezhető és hatékonyabb. A géncélzás fokozása mellett a módosított nukleázok felhasználhatók olyan endogén gének mutációinak bevezetésére, amelyek génkiütést generálnak .

Alkalmazások

A géntechnológia alkalmazható az orvostudományban, a kutatásban, az iparban és a mezőgazdaságban, és számos növényen, állaton és mikroorganizmuson alkalmazható. A baktériumokba, az első olyan organizmusokba, amelyeket genetikailag módosítottak, plazmid DNS-t lehet beépíteni, amely új géneket tartalmaz, amelyek élelmiszereket és egyéb szubsztrátokat feldolgozó gyógyszereket vagy enzimeket kódolnak . A növényeket módosították a rovarvédelem, a gyomirtószer-rezisztencia, a vírusrezisztencia, a fokozott táplálkozás, a környezeti terhelésekkel szembeni tolerancia és az ehető vakcinák előállítására . A legtöbb kereskedelmi forgalomba hozott GMO rovarrezisztens vagy herbicidtűrő haszonnövény. A génmódosított állatokat kutatásra, modellállatokat, valamint mezőgazdasági vagy gyógyszerészeti termékek előállítására használták. A géntechnológiával módosított állatok közé tartoznak az olyan állatok, amelyek génjei ki vannak ütve, megnövekedett betegségekre való hajlamuk, hormonok az extra növekedéshez és képesek fehérjéket kifejezni a tejben.

Gyógyszer

A géntechnológia számos alkalmazást kínál az orvostudományban, beleértve a gyógyszerek előállítását, az emberi körülményeket utánzó állatok modelljének létrehozását és a génterápiát . A géntechnológia egyik legkorábbi felhasználása a humán inzulin baktériumokban történő tömeges előállítása volt. Ezt az alkalmazást mostanra alkalmazták emberi növekedési hormonokra, tüszőstimuláló hormonokra (a meddőség kezelésére), humán albuminra, monoklonális antitestekre, antihemofil faktorokra, vakcinákra és sok más gyógyszerre. Az egér hibridómákat, azaz a monoklonális antitestek létrehozására fuzionált sejteket géntechnológiával adaptálták humán monoklonális antitestek létrehozására. Olyan génmanipulált vírusokat fejlesztenek ki, amelyek továbbra is képesek immunitást biztosítani, de nem rendelkeznek a fertőző szekvenciákkal .

A géntechnológiát emberi betegségek állatmodelljeinek létrehozására is használják. A genetikailag módosított egerek a leggyakoribb génmanipulált állatmodellek. Használták rákos megbetegedések, elhízás, szívbetegségek, cukorbetegség, ízületi gyulladás, szerhasználat, szorongás, öregedés és Parkinson-kór tanulmányozására és modellezésére . A lehetséges gyógymódokat ezekkel az egérmodellekkel szemben lehet tesztelni.

A génterápia az emberek génmanipulációja, általában a hibás gének hatékonyakkal való helyettesítésével. A szomatikus génterápiát alkalmazó klinikai kutatásokat számos betegséggel kapcsolatban végezték, beleértve az X - hez kötött SCID- t, a krónikus limfocitás leukémiát (CLL) és a Parkinson-kórt . 2012-ben az Alipogene tiparvovec lett az első génterápiás kezelés, amelyet klinikai használatra engedélyeztek. 2015-ben egy vírus segítségével egészséges gént ültettek be egy ritka bőrbetegségben, az epidermolysis bullosában szenvedő fiú bőrsejtjeibe, hogy növekedjenek, majd egészséges bőrt ültessenek be a fiú testének 80 százalékára, amelyet a betegség érintett. betegség.

A csíravonal génterápia minden változás örökölhetővé válhat, ami aggodalmakat keltett a tudományos közösségben. 2015-ben a CRISPR-t használták életképtelen emberi embriók DNS-ének szerkesztésére, így a világ nagy akadémiáinak vezető tudósai moratóriumot kértek az öröklődő emberi genom szerkesztésére. Az is aggodalomra ad okot, hogy a technológiát nem csak kezelésre, hanem az emberi lény megjelenésének, alkalmazkodóképességének, intelligenciájának, jellemének vagy viselkedésének javítására, módosítására vagy megváltoztatására is használhatják. A gyógyítás és a javítás közötti különbségtétel szintén nehéz lehet. 2018 novemberében He Jiankui bejelentette, hogy megszerkesztette két emberi embrió genomját, hogy megpróbálja letiltani a CCR5 gént, amely egy olyan receptort kódol, amelyet a HIV a sejtekbe való bejutáshoz használ. A munkát széles körben elítélték, mint etikátlan, veszélyes és korai. Jelenleg 40 országban tilos a csíravonal módosítása. Az ilyen típusú kutatásokat végző tudósok gyakran hagyják, hogy az embriók néhány napig növekedjenek anélkül, hogy babákká fejlődnének.

A kutatók megváltoztatják a sertések genomját, hogy előidézzék az emberi szervek növekedését, azzal a céllal, hogy növeljék a sertésből emberre történő szervátültetés sikerét . A tudósok "génhajtásokat" hoznak létre, megváltoztatják a szúnyogok genomját, hogy immunissá tegyék őket a maláriával szemben, majd a genetikailag megváltozott szúnyogokat a szúnyogpopulációban terjesztik a betegség megszüntetésének reményében.

Kutatás

Emberi sejtek, amelyekben egyes fehérjéket zöld fluoreszcens fehérjével fuzionálnak, hogy láthatóvá váljanak

A géntechnológia a természettudósok fontos eszköze, a transzgenikus szervezetek létrehozása pedig a génfunkciók elemzésének egyik legfontosabb eszköze. Sokféle organizmus génjei és egyéb genetikai információi beépíthetők a baktériumokba tárolás és módosítás céljából, ezáltal genetikailag módosított baktériumok jönnek létre a folyamat során. A baktériumok olcsóak, könnyen szaporíthatók, klonálisak, gyorsan szaporodnak, viszonylag könnyen átalakulnak, és -80 °C-on szinte korlátlan ideig tárolhatók. Amint egy gént izoláltak, a baktériumok belsejében tárolható, így korlátlan mennyiségű kutatást biztosít.

Az élőlényeket genetikailag úgy alakítják át, hogy felfedezzék bizonyos gének funkcióit. Ez lehet a szervezet fenotípusára gyakorolt ​​hatás, ahol a gén expresszálódik, vagy milyen más génekkel lép kölcsönhatásba. Ezek a kísérletek általában a funkció elvesztésével, a funkció növelésével, a követéssel és az expresszióval járnak.

  • Funkcióvesztési kísérletek, például egy génkiütési kísérletben, amelyben egy szervezetet úgy alakítanak ki, hogy hiányzik egy vagy több gén aktivitása. Egy egyszerű kiütéssel a kívánt gén egy példányát megváltoztatták, hogy az működésképtelenné váljon. Az embrionális őssejtek beépítik a megváltozott gént, amely helyettesíti a már meglévő funkcionális másolatot. Ezeket az őssejteket blasztocisztákba fecskendezik, amelyeket helyettesítő anyákba ültetnek be. Ez lehetővé teszi a kísérletező számára, hogy elemezze a mutáció által okozott hibákat, és ezáltal meghatározza az egyes gének szerepét. Különösen gyakran használják a fejlődésbiológiában . Amikor ezt úgy teszik meg, hogy egy olyan génkönyvtárat hoznak létre, amelyek pontmutációkat tartalmaznak az érdeklődési terület minden pozíciójában, vagy akár az egész gén minden pozíciójában, ezt "szkennelő mutagenezisnek" nevezik. A legegyszerűbb és az elsőként használt módszer az "alanin-szkennelés", ahol minden pozíciót a nem reakcióképes alanin aminosavvá alakítanak át .
  • Függvénynyerési kísérletek, a kiütések logikai megfelelője. Ezeket néha kiütési kísérletekkel együtt hajtják végre, hogy pontosabban meghatározzák a kívánt gén funkcióját. A folyamat nagyjából ugyanaz, mint a knockout engineeringnél, azzal a különbséggel, hogy a konstrukciót úgy tervezték, hogy növelje a gén funkcióját, általában a gén többletmásolatainak biztosításával vagy a fehérje szintézisének gyakrabban történő indukálásával. A funkciónövekedést arra használják, hogy megállapítsák, hogy egy fehérje elegendő-e egy funkcióhoz, de nem mindig jelenti azt, hogy szükség van rá, különösen, ha genetikai vagy funkcionális redundanciával foglalkozunk.
  • Nyomon követési kísérletek, amelyek a kívánt fehérje lokalizációjáról és kölcsönhatásáról kívánnak információt szerezni. Ennek egyik módja az, hogy a vad típusú gént „fúziós” génre cseréljük, ami a vad típusú gén és egy jelentéstevő elem, például a zöld fluoreszcens fehérje (GFP) szembeállítása, amely lehetővé teszi a termékek egyszerű megjelenítését. a genetikai módosításról. Bár ez egy hasznos technika, a manipuláció tönkreteheti a gén működését, másodlagos hatásokat váltva ki, és esetleg megkérdőjelezheti a kísérlet eredményeit. Kifinomultabb technikák vannak most fejlesztés alatt, amelyek képesek nyomon követni a fehérjetermékeket anélkül, hogy csökkentenék a funkciójukat, például kis szekvenciák hozzáadása, amelyek a monoklonális antitestekhez kötődő motívumokként szolgálnak.
  • Az expressziós vizsgálatok célja annak feltárása, hogy hol és mikor termelődnek bizonyos fehérjék. Ezekben a kísérletekben a fehérjét kódoló DNS előtti DNS-szekvenciát, amelyet gén promóterének neveznek, visszajuttatják egy szervezetbe úgy, hogy a fehérjét kódoló régiót egy riportergén, például GFP vagy egy színezék termelését katalizáló enzim helyettesíti. . Így megfigyelhető az idő és a hely, ahol egy adott fehérje termelődik. Az expressziós vizsgálatok egy lépéssel tovább tehetők a promoter megváltoztatásával annak megállapítására, hogy mely darabok kulcsfontosságúak a gén megfelelő expressziójához, és melyek valójában kötődnek a transzkripciós faktor fehérjékhez; ezt a folyamatot promóter ütésnek nevezik .

Ipari

Génsebészeti termékek

Az élőlények sejtjeit egy hasznos fehérjét, például egy enzimet kódoló génnel transzformálhatják, így a kívánt fehérjét túlzottan expresszálják . A fehérje tömeges mennyiségeit ezután úgy lehet előállítani, hogy a transzformált organizmust ipari fermentációt alkalmazó bioreaktor berendezésben növesztjük, majd tisztítjuk a fehérjét. Egyes gének nem működnek jól a baktériumokban, így élesztő, rovarsejtek vagy emlőssejtek is használhatók. Ezeket a technikákat olyan gyógyszerek előállítására használják, mint az inzulin, az emberi növekedési hormon, valamint az oltások, a kiegészítők, például a triptofán, amelyek elősegítik az élelmiszer-termelést ( kimozin a sajtkészítésben) és az üzemanyagok. A génmanipulált baktériumok egyéb alkalmazásai magukban foglalhatják a természetes ciklusukon kívüli feladatok elvégzését, például bioüzemanyagok előállítását, olzennyeződések, szén- és egyéb mérgező hulladékok eltakarítását, valamint arzén kimutatását az ivóvízben. Bizonyos genetikailag módosított mikrobák a biobányászatban és a bioremediációban is felhasználhatók, mivel képesek a nehézfémeket környezetükből kinyerni, és könnyebben visszanyerhető vegyületekké beépíteni.

Az anyagtudományban egy géntechnológiával módosított vírust használtak fel egy kutatólaboratóriumban állványként egy környezetbarátabb lítium-ion akkumulátor összeállításához . A baktériumokat úgy is megtervezték, hogy szenzorként működjenek azáltal, hogy bizonyos környezeti feltételek mellett fluoreszcens fehérjét expresszálnak.

Mezőgazdaság

A földimogyoró levelében található Bt-toxinok (alsó kép) megvédik a kisebb kukoricaszár lárvái által okozott kiterjedt károktól (felső kép).

A géntechnológia egyik legismertebb és legvitatottabb alkalmazása a géntechnológiával módosított növények vagy géntechnológiával módosított haszonállatok létrehozása és felhasználása géntechnológiával módosított élelmiszerek előállítására . A növényeket a termelés növelésére, az abiotikus stresszekkel szembeni tolerancia növelésére, az élelmiszer összetételének megváltoztatására vagy új termékek előállítására fejlesztették ki.

Az első, nagy léptékű kereskedelmi forgalomba hozott növények védelmet nyújtottak a rovarkártevők ellen, illetve toleranciát nyújtottak a gyomirtókkal szemben . Gomba- és vírusrezisztens növényeket is fejlesztettek vagy fejlesztés alatt állnak. Ez megkönnyíti a növények rovar- és gyomirtását, és közvetve növelheti a terméshozamot. Fejlesztés alatt állnak olyan GM-növények is, amelyek közvetlenül javítják a termést a növekedés felgyorsításával vagy a növény ellenállóbbá tételével (a só-, hideg- vagy szárazságtűrő képesség javításával). 2016-ban a lazacot genetikailag módosították növekedési hormonokkal, hogy sokkal gyorsabban érjék el a normál felnőtt méretet.

Olyan GMO-kat fejlesztettek ki, amelyek a tápérték növelésével vagy iparilag hasznosabb minőséget vagy mennyiséget biztosítva módosítják a termék minőségét. Az Amflora burgonya iparilag hasznosabb keményítőkeveréket állít elő. A szójababot és a repcét genetikailag módosították, hogy egészségesebb olajokat termeljenek. Az első kereskedelmi forgalomba hozott génmódosított élelmiszer egy paradicsom volt, amely késleltette az érést, ami megnövelte az eltarthatóságát .

A növényeket és állatokat úgy alakították ki, hogy olyan anyagokat állítsanak elő, amelyeket általában nem készítenek. A Pharming növényeket és állatokat használ bioreaktorként vakcinák, gyógyszerintermedierek vagy maguk a gyógyszerek előállítására; a hasznos terméket a betakarításból megtisztítják, majd a szokásos gyógyszergyártási folyamatban használják fel. A teheneket és kecskéket úgy alakították ki, hogy gyógyszereket és más fehérjéket expresszáljanak a tejükben, és 2009-ben az FDA jóváhagyta a kecsketejben előállított gyógyszert.

Egyéb alkalmazások

A géntechnológia potenciálisan alkalmazható a megőrzésben és a természeti területek kezelésében. A vírusvektorokon keresztüli génátvitelt az invazív fajok visszaszorításának eszközeként, valamint a veszélyeztetett állatvilág betegségekkel szembeni vakcinázásaként javasolták. A transzgénikus fákat a vadon élő populációk kórokozóival szembeni rezisztenciájának biztosítására javasolták. Mivel az éghajlatváltozás és más zavarok következtében nő az élőlények helytelen alkalmazkodásának kockázata, a génmódosításon keresztül történő könnyebb alkalmazkodás megoldást jelenthet a kihalás kockázatának csökkentésére. A géntechnológiának a megőrzésben való alkalmazásai egyelőre többnyire elméletiek, és a gyakorlatba még nem kerültek átültetésre.

A géntechnológiát a mikrobiális művészet létrehozására is használják . Egyes baktériumokat genetikailag módosítottak fekete-fehér fényképek készítésére. Az olyan újdonságokat, mint a levendula színű szegfű, a kék rózsa és az izzó halak is előállítottak géntechnológiával.

Szabályozás

A géntechnológia szabályozása a kormányok által a GMO-k fejlesztésével és kibocsátásával kapcsolatos kockázatok értékelésére és kezelésére alkalmazott megközelítésekre vonatkozik. A szabályozási keret kidolgozása 1975-ben kezdődött a kaliforniai Asilomarban . Az Asilomar találkozón egy sor önkéntes irányelvet javasoltak a rekombináns technológia használatára vonatkozóan. A technológia fejlődésével az Egyesült Államok bizottságot hozott létre a Tudományos és Technológiai Hivatalban, amely a génmódosított élelmiszerek szabályozási jóváhagyását az USDA, az FDA és az EPA hatáskörébe utalta. 2000. január 29-én fogadták el a biológiai biztonságról szóló Cartagenai Jegyzőkönyvet, egy nemzetközi szerződést, amely a GMO-k transzferét, kezelését és felhasználását szabályozza. Százötvenhét ország tagja a jegyzőkönyvnek, és sokan referenciapontként használják saját tevékenységükhöz. saját szabályozás.

A génmódosított élelmiszerek jogi és szabályozási státusza országonként eltérő, egyes nemzetek tiltják vagy korlátozzák, mások pedig igen eltérő mértékű szabályozással engedélyezik. Egyes országok engedélyezik a génmódosított élelmiszerek behozatalát engedéllyel, de vagy nem engedélyezik termesztését (Oroszország, Norvégia, Izrael), vagy rendelkeznek a termesztésre vonatkozó rendelkezésekkel, bár még nem gyártanak GM-terméket (Japán, Dél-Korea). A legtöbb olyan ország, amely nem engedélyezi a GMO-termesztést, engedélyezi a kutatást. A legmarkánsabb különbségek némelyike ​​az Egyesült Államok és Európa között tapasztalható. Az Egyesült Államok politikája a termékre (nem az eljárásra) összpontosít, csak az ellenőrizhető tudományos kockázatokat veszi figyelembe, és a lényegi egyenértékűség fogalmát használja . Ezzel szemben az Európai Unió rendelkezik a világ legszigorúbb GMO-szabályozásával. Minden GMO, a besugárzott élelmiszerekkel együtt "új élelmiszernek" minősül, és az Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság kiterjedt, eseti, tudományosan megalapozott élelmiszerértékelésnek veti alá őket . Az engedélyezés kritériumai négy nagy kategóriába sorolhatók: „biztonság”, „választás szabadsága”, „címkézés” és „nyomon követhetőség”. A szabályozás szintje más, GMO-kat termesztő országokban Európa és az Egyesült Államok között van.

Szabályozó ügynökségek földrajzi régiók szerint
Vidék Szabályozók Megjegyzések
MINKET USDA, FDA és EPA
Európa Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság
Kanada Health Canada és a Kanadai Élelmiszer-felügyeleti Ügynökség Szabályozott termékek zerű tulajdonságokkal, függetlenül a származási módtól
Afrika Kelet- és Dél-Afrika közös piaca A végső döntést minden egyes ország maga hozza meg.
Kína Mezőgazdasági Génmérnöki Biológiai Biztonsági Hivatal
India Intézményi Biológiai Biztonsági Bizottság, Genetikai Manipulációs és Géntechnológiai Jóváhagyási Bizottság
Argentína Országos Mezőgazdasági Biotechnológiai Tanácsadó Bizottság (környezeti hatás), a Nemzeti Egészségügyi és Agrár-élelmiszer-minőségi Szolgálat (élelmiszerbiztonság) és a Nemzeti Agrárgazdasági Irányító (kereskedelemre gyakorolt ​​hatás) A végső döntést a Mezőgazdasági, Állattenyésztési, Halászati ​​és Élelmiszerügyi Titkárság hozta meg.
Brazília Nemzeti Biológiai Biztonsági Műszaki Bizottság (környezet- és élelmiszerbiztonság) és a Minisztertanács (kereskedelmi és gazdasági kérdések)
Ausztrália A Géntechnológiai Szabályozó Hivatala (az összes GM-terméket felügyeli), a Therapeutic Goods Administration (GM-gyógyszerek) és az Élelmiszer-szabványok Australia New Zealand (GM-élelmiszerek) irodája. Az egyes államok kormányai ezt követően felmérhetik a kibocsátás piacra és kereskedelemre gyakorolt ​​hatását, és további jogszabályokat alkalmazhatnak a jóváhagyott génmódosított termékek ellenőrzésére.

A szabályozókkal kapcsolatos egyik kulcskérdés az, hogy a GM-termékeket fel kell-e címkézni. Az Európai Bizottság szerint kötelező címkézésre és nyomon követhetőségre van szükség a tájékozott választás lehetővé tétele, az esetleges hamis reklámok elkerülése és a termékek kivonásának megkönnyítése érdekében, ha egészségre vagy környezetre káros hatásokat fedeznek fel. Az Amerikai Orvosok Szövetsége és az Amerikai Tudományos Fejlesztési Szövetség azt állítja, hogy az ártalomra vonatkozó tudományos bizonyítékok hiánya még az önkéntes címkézés is félrevezető, és hamisan riasztja a fogyasztókat. A piacon 64 országban kötelező a GMO-termékek címkézése. A címkézés lehet kötelező a GM-tartalom küszöbértékéig (amely országonként változó) vagy önkéntes. Kanadában és az Egyesült Államokban a génmódosított élelmiszerek címkézése önkéntes, míg Európában minden olyan élelmiszert (beleértve a feldolgozott élelmiszert is ) vagy takarmányt, amely több mint 0,9%-ban engedélyezett GMO-t tartalmaz, címkézni kell.

Vita

A kritikusok több okból kifogásolták a géntechnológia használatát, ideértve etikai, ökológiai és gazdasági megfontolásokat is. Ezen aggályok közül sok a génmódosított növényekre vonatkozik, és arra, hogy az azokból előállított élelmiszerek biztonságosak-e, és milyen hatással lesz a termesztésük a környezetre. Ezek a viták pereskedéshez, nemzetközi kereskedelmi vitákhoz és tiltakozásokhoz, valamint egyes országokban a kereskedelmi termékek korlátozó szabályozásához vezettek.

A kezdetektől fogva a technológiának tulajdonítják azokat a vádakat, miszerint a tudósok " játsszák Istent ", és más vallási problémákkal is foglalkoznak. Egyéb felvetett etikai kérdések közé tartozik az élet szabadalmaztatása, a szellemi tulajdonjogok használata, a termékek címkézésének szintje, az élelmiszerellátás ellenőrzése és a szabályozási folyamat objektivitása. Bár kételyek merültek fel, gazdasági szempontból a legtöbb tanulmány azt találta, hogy a GM-növények termesztése előnyös a gazdálkodók számára.

A génmódosított növények és a kompatibilis növények közötti génáramlás, valamint a szelektív gyomirtó szerek fokozott használata növelheti a „ szupergyomok ” kialakulásának kockázatát. Egyéb környezeti aggályok a nem célszervezetekre, köztük a talajmikrobákra gyakorolt ​​lehetséges hatások, valamint a másodlagos és rezisztens rovarkártevők számának növekedése. A génmódosított növényeket érintő számos környezeti hatás megértése évekbe telhet, és a hagyományos mezőgazdasági gyakorlatokban is nyilvánvaló. A géntechnológiával módosított halak kereskedelmi forgalomba hozatalával kapcsolatban aggodalomra ad okot, hogy milyen környezeti következményekkel járnak, ha kiszabadulnak.

A géntechnológiával módosított élelmiszerek biztonságával kapcsolatban három fő aggodalomra ad okot: kiválthatnak-e allergiás reakciót ; hogy a gének átkerülhetnek-e az élelmiszerből az emberi sejtekbe; és hogy az emberi fogyasztásra nem engedélyezett gének átterjedhetnek -e más növényeken. Tudományos konszenzus van abban, hogy a jelenleg rendelkezésre álló, GM-növényekből származó élelmiszerek nem jelentenek nagyobb kockázatot az emberi egészségre, mint a hagyományos élelmiszerek, de minden GM-élelmiszert eseti alapon meg kell vizsgálni a bevezetés előtt. Ennek ellenére a közvélemény tagjai kevésbé tartják biztonságosnak a GM élelmiszereket, mint a tudósok.

A populáris kultúrában

A géntechnológia számos tudományos-fantasztikus történetben megtalálható. Frank Herbert A fehér pestis című regénye a géntechnológia szándékos felhasználását írja le egy olyan kórokozó létrehozására, amely kifejezetten nőket öl meg. Herbert másik alkotása, a Dune című regénysorozat géntechnológiát alkalmaz az erőteljes Tleilaxu létrehozásához . Kevés film tájékoztatta a közönséget a géntechnológiáról, kivéve az 1978-as A brazil fiúkat és az 1993 -as Jurassic Parkot, amelyek egyaránt felhasználnak egy leckét, egy bemutatót és egy tudományos film klipjét. A géntechnológiai módszerek gyengén szerepelnek a filmben; Michael Clark, a Wellcome Trust írója, a géntechnológia és a biotechnológia ábrázolását "komolyan torznak" nevezi az olyan filmekben, mint a The 6th Day . Clark véleménye szerint a biotechnológiát jellemzően "fantasztikus, de vizuálisan lebilincselő formák teszik", miközben a tudomány vagy háttérbe szorul, vagy kitalált, hogy megfeleljen a fiatal közönségnek.

A 2007-es BioShock videojátékban a géntechnológia fontos szerepet játszik a központi történetben és univerzumban. A játék a kitalált Rapture víz alatti disztópiában játszódik, amelynek lakói genetikai emberfeletti képességekkel rendelkeznek, miután befecskendezték magukat „plazmidokkal”, egy szérummal, amely ilyen képességeket biztosít. Szintén Rapture városában vannak a "kis nővérek", a kislányok, akiket általánosan megterveztek, valamint egy mellékes cselekmény, amelyben egy kabaréénekesnő eladja magzatát genetikusoknak, akik hamis emlékeket ültetnek be az zülöttbe, és genetikailag módosítják, hogy növekedjen. felnőtté.

Lásd még

Hivatkozások

További irodalom

Külső linkek