Genetik mühendisliği -Genetic engineering

Vikipedi, özgür ansiklopedi

Genetik modifikasyon veya genetik manipülasyon olarak da adlandırılan genetik mühendisliği, bir organizmanın genlerinin teknoloji kullanılarak modifikasyonu ve manipülasyonudur . Gelişmiş veya yeni organizmalar üretmek için genlerin tür sınırları içinde ve arasında aktarılması da dahil olmak üzere, hücrelerin genetik yapısını değiştirmek için kullanılan bir dizi teknolojidir . Yeni DNA, ilgili genetik materyalin rekombinant DNA yöntemleri kullanılarak izole edilmesi ve kopyalanmasıyla veya DNA'nın yapay olarak sentezlenmesiyle elde edilir . Bu DNA'yı konakçı organizmaya yerleştirmek için genellikle bir yapı oluşturulur ve kullanılır. İlk rekombinant DNA molekülü, 1972'de Paul Berg tarafından maymun virüsü SV40'tan alınan DNA'nın lambda virüsü ile birleştirilmesiyle yapılmıştır . İşlem, genlerin eklenmesinin yanı sıra genleri çıkarmak veya " nakavt etmek " için de kullanılabilir. Yeni DNA rastgele eklenebilir veya genomun belirli bir bölümüne hedeflenebilir .

Genetik mühendisliği yoluyla üretilen bir organizma, genetiği değiştirilmiş (GM) olarak kabul edilir ve ortaya çıkan varlık, genetiği değiştirilmiş bir organizmadır (GDO). İlk GDO, 1973'te Herbert Boyer ve Stanley Cohen tarafından üretilen bir bakteriydi . Rudolf Jaenisch, 1974'te yabancı DNA'yı bir fareye yerleştirdiğinde ilk GD hayvanı yarattı . Genetik mühendisliğine odaklanan ilk şirket olan Genentech, 1976'da kuruldu ve insan proteinlerinin üretimine başladı. Genetiği değiştirilmiş insan insülini 1978'de üretildi ve insülin üreten bakteriler 1982'de ticarileştirildi. Genetiği değiştirilmiş gıdalar 1994'ten beri Flavr Savr domatesinin piyasaya sürülmesiyle satılmaktadır. Flavr Savr, daha uzun bir raf ömrüne sahip olacak şekilde tasarlanmıştır, ancak mevcut GM mahsullerinin çoğu, böceklere ve herbisitlere karşı direnci artırmak için modifiye edilmiştir. Evcil hayvan olarak tasarlanan ilk GDO olan GloFish, Aralık 2003'te Amerika Birleşik Devletleri'nde satıldı. 2016'da büyüme hormonu ile modifiye edilmiş somon balığı satıldı.

Genetik mühendisliği araştırma, tıp, endüstriyel biyoteknoloji ve tarım gibi birçok alanda uygulanmaktadır. Araştırmada GDO'lar, fonksiyon kaybı, fonksiyon kazanımı, izleme ve ifade deneyleri yoluyla gen fonksiyonunu ve ifadesini incelemek için kullanılır. Belirli koşullardan sorumlu genleri devre dışı bırakarak, insan hastalıklarının hayvan modeli organizmalarını yaratmak mümkündür. Hormonlar, aşılar ve diğer ilaçları üretmenin yanı sıra, genetik mühendisliği, gen tedavisi yoluyla genetik hastalıkları tedavi etme potansiyeline sahiptir . İlaç üretmek için kullanılan tekniklerin aynısı, çamaşır deterjanı, peynir ve diğer ürünler için enzim üretimi gibi endüstriyel uygulamalara da sahip olabilir.

Ticarileştirilmiş genetiği değiştirilmiş mahsullerin yükselişi, birçok farklı ülkede çiftçilere ekonomik fayda sağladı, ancak aynı zamanda teknolojiyi çevreleyen tartışmaların çoğunun kaynağı oldu . Bu, ilk kullanımından beri mevcuttur; ilk saha denemeleri GM karşıtı eylemciler tarafından yok edildi. GD mahsullerden elde edilen mevcut gıdaların insan sağlığı için geleneksel gıdalardan daha büyük bir risk oluşturmadığına dair bilimsel bir fikir birliği olmasına rağmen, GD gıda güvenliği eleştirmenlerin önde gelen endişesidir. Gen akışı, hedef olmayan organizmalar üzerindeki etki, gıda arzının kontrolü ve fikri mülkiyet hakları da potansiyel sorunlar olarak gündeme getirildi. Bu endişeler, 1975'te başlayan bir düzenleyici çerçevenin geliştirilmesine yol açmıştır. 2000 yılında kabul edilen Cartagena Biyogüvenlik Protokolü adlı uluslararası bir anlaşmaya yol açmıştır . Bireysel ülkeler, GDO'larla ilgili kendi düzenleyici sistemlerini geliştirmiştir. ABD ve Avrupa arasında meydana gelen en belirgin farklılıklar.

IUPAC tanımı

Genetik mühendisliği : Belirli bir organizmayı özelliklerini değiştirmek amacıyla modifiye etmek için mevcut hücrelere yeni genetik bilgi ekleme işlemi.

Not : Referanstan uyarlanmıştır.

genel bakış

Transgenik ve sisjenik genetik modifikasyon ile geleneksel bitki ıslahının karşılaştırılması

Genetik mühendisliği, DNA'yı çıkararak veya ekleyerek veya mevcut genetik materyali yerinde değiştirerek bir organizmanın genetik yapısını değiştiren bir süreçtir . Birden fazla çaprazlama yapmayı ve ardından istenen fenotipe sahip organizmayı seçmeyi içeren geleneksel hayvan ve bitki ıslahından farklı olarak, genetik mühendisliği, geni doğrudan bir organizmadan alır ve diğerine iletir. Bu çok daha hızlıdır, herhangi bir organizmadan (farklı alanlardan olanlar bile ) herhangi bir gen eklemek için kullanılabilir ve diğer istenmeyen genlerin de eklenmesini önler.

Genetik mühendisliği, kusurlu geni işleyen bir genle değiştirerek insanlarda ciddi genetik bozuklukları potansiyel olarak düzeltebilir . Spesifik genlerin fonksiyonunun çalışılmasına izin veren araştırmalarda önemli bir araçtır. İlaçlar, aşılar ve diğer ürünler, onları üretmek için tasarlanmış organizmalardan toplanmıştır. Verimi, besin değerini ve çevresel streslere karşı toleransı artırarak gıda güvenliğine yardımcı olan ürünler geliştirilmiştir .

DNA, doğrudan konakçı organizmaya veya daha sonra konakçı ile kaynaştırılan veya hibritlenen bir hücreye dahil edilebilir . Bu, kalıtsal genetik materyalin yeni kombinasyonlarını oluşturmak için rekombinant nükleik asit tekniklerine ve ardından bu materyalin bir vektör sistemi aracılığıyla dolaylı olarak veya doğrudan mikro enjeksiyon, makro enjeksiyon veya mikro kapsülleme yoluyla dahil edilmesine dayanır .

Genetik mühendisliği normalde geleneksel üreme, in vitro fertilizasyon, poliploidi indüksiyonu, mutagenez ve süreçte rekombinant nükleik asitler veya genetiği değiştirilmiş bir organizma kullanmayan hücre füzyonu tekniklerini içermez. Bununla birlikte, genetik mühendisliğinin bazı geniş tanımları, seçici yetiştirmeyi içerir . Klonlama ve kök hücre araştırmaları, genetik mühendisliği olarak kabul edilmese de yakından ilişkilidir ve bunların içinde genetik mühendisliği kullanılabilir. Sentetik biyoloji, yapay olarak sentezlenmiş materyali bir organizmaya sokarak genetik mühendisliğini bir adım daha ileri götüren gelişmekte olan bir disiplindir.

Genetik mühendisliği yoluyla değiştirilen bitkiler, hayvanlar veya mikroorganizmalar, genetiği değiştirilmiş organizmalar veya GDO'lar olarak adlandırılır. Konağa başka bir türden genetik materyal eklenirse, ortaya çıkan organizmaya transgenik denir . Aynı türden veya konakçı ile doğal olarak üreyebilen bir türden genetik materyal kullanılırsa ortaya çıkan organizmaya cisgenik denir . Genetik mühendisliği, hedef organizmadan genetik materyali çıkarmak için kullanılıyorsa, ortaya çıkan organizma, nakavt organizma olarak adlandırılır. Avrupa'da genetik modifikasyon, genetik mühendisliği ile eş anlamlıyken, Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada'da genetik modifikasyon, daha geleneksel yetiştirme yöntemlerine atıfta bulunmak için de kullanılabilir.

Tarih

İnsanlar, doğal seçilimin aksine, seçici üreme veya yapay seçilim yoluyla binlerce yıldır türlerin genomlarını değiştirmiştir . Daha yakın zamanlarda, mutasyon ıslahı, seçici üreme amaçları için yüksek frekansta rastgele mutasyonlar üretmek için kimyasallara veya radyasyona maruz kalmayı kullandı. Genetik mühendisliği, DNA'nın insanlar tarafından üreme ve mutasyonlar dışında doğrudan manipülasyonu olarak sadece 1970'lerden beri var olmuştur. "Genetik mühendisliği" terimi ilk olarak Jack Williamson tarafından 1951'de yayınlanan bilim kurgu romanı Dragon's Island'da kullanıldı - DNA'nın kalıtımdaki rolünün Alfred Hershey ve Martha Chase tarafından onaylanmasından bir yıl önce ve James Watson ve Francis Crick'in bunu göstermesinden iki yıl önce. DNA molekülünün çift sarmal bir yapıya sahip olduğu gerçeği - ancak doğrudan genetik manipülasyonun genel konsepti, Stanley G. Weinbaum'un 1936 bilim kurgu öyküsü Proteus Adası'nda ilkel biçimde keşfedildi .

1974'te Rudolf Jaenisch, ilk GM hayvanı olan genetiği değiştirilmiş bir fare yarattı .

1972'de Paul Berg, maymun virüsü SV40'tan alınan DNA'yı lambda virüsününkiyle birleştirerek ilk rekombinant DNA moleküllerini yarattı . 1973'te Herbert Boyer ve Stanley Cohen, bir Escherichia coli bakterisinin plazmitine antibiyotik direnç genleri ekleyerek ilk transgenik organizmayı yarattılar. Bir yıl sonra Rudolf Jaenisch , yabancı DNA'yı embriyosuna sokarak transgenik bir fare yarattı ve onu dünyanın ilk transgenik hayvanı yaptı. Bu toplantının ana tavsiyelerinden biri, teknolojinin güvenli olduğu kabul edilene kadar rekombinant DNA araştırmalarının hükümet gözetiminin kurulması gerektiğiydi.

1976'da ilk genetik mühendisliği şirketi Genentech, Herbert Boyer ve Robert Swanson tarafından kuruldu ve bir yıl sonra şirket E. coli'de bir insan proteini ( somatostatin ) üretti . Genentech, 1978'de genetiğiyle oynanmış insan insülininin üretimini duyurdu. 1980'de, Diamond v. Chakrabarty davasında ABD Yüksek Mahkemesi, genetiği değiştirilmiş yaşamın patentlenebileceğine karar verdi. Bakteriler tarafından üretilen insülin, 1982 yılında Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından serbest bırakılması için onaylanmıştır.

1983 yılında, Advanced Genetic Sciences (AGS) adlı bir biyoteknoloji şirketi, ekinleri dondan korumak için buz eksi Pseudomonas syringae suşu ile saha testleri yapmak için ABD hükümetinden izin almak için başvurdu, ancak çevre grupları ve protestocular, arazi testlerini dört yıl ertelediler. yasal zorluklar. 1987'de, P. syringae'nin buz eksi suşu, Kaliforniya'da bir çilek tarlası ve bir patates tarlası püskürtüldüğünde çevreye salınan ilk genetiği değiştirilmiş organizma (GDO) oldu. Her iki test alanı, testler yapılmadan önceki gece aktivist gruplar tarafından saldırıya uğradı: "Dünyanın ilk deneme alanı, dünyanın ilk saha çöpçüsünü çekti".

Genetiği değiştirilmiş bitkilerin ilk saha denemeleri 1986'da Fransa ve ABD'de gerçekleşti, tütün bitkileri herbisitlere dayanıklı olacak şekilde tasarlandı . Çin Halk Cumhuriyeti, transgenik bitkileri ticarileştiren ilk ülkeydi ve 1992'de virüse dirençli tütünü piyasaya sürdü. 1994'te Calgene, daha uzun bir raf ömrüne sahip olacak şekilde tasarlanmış bir domates olan ilk genetiği değiştirilmiş gıda olan Flavr Savr'ı ticari olarak piyasaya sürmek için onay aldı. . 1994 yılında, Avrupa Birliği, herbisit bromoxynile dirençli olacak şekilde tasarlanmış tütünü onayladı ve bu, onu Avrupa'da ticari olarak satılan ilk genetiği değiştirilmiş ürün haline getirdi. 1995 yılında Bt patates, FDA tarafından onaylandıktan sonra Çevre Koruma Ajansı tarafından güvenli olarak onaylandı ve bu da onu ABD'de onaylanan ilk pestisit üreten mahsul haline getirdi. 2009'da 25 ülkede ticari olarak 11 transgenik ürün yetiştirildi ve bunların en büyüğü ABD, Brezilya, Arjantin, Hindistan, Kanada, Çin, Paraguay ve Güney Afrika'ydı.

2010 yılında J. Craig Venter Enstitüsü'ndeki bilim adamları ilk sentetik genomu oluşturdular ve onu boş bir bakteri hücresine yerleştirdiler. Sonuçta ortaya çıkan ve Mycoplasma labatorium adlı bakteri, çoğalabilir ve protein üretebilir. Dört yıl sonra, benzersiz bir baz çifti içeren bir plazmidi kopyalayan ve genişletilmiş bir genetik alfabe kullanmak üzere tasarlanmış ilk organizmayı yaratan bir bakteri geliştirildiğinde bu bir adım daha ileri götürüldü . 2012 yılında Jennifer Doudna ve Emmanuelle Charpentier, hemen hemen her organizmanın genomunu kolayca ve spesifik olarak değiştirmek için kullanılabilecek bir teknik olan CRISPR/Cas9 sistemini geliştirmek için işbirliği yaptı .

İşlem

Polimeraz zincir reaksiyonu, moleküler klonlamada kullanılan güçlü bir araçtır

GDO oluşturmak çok adımlı bir süreçtir. Genetik mühendisleri öncelikle organizmaya eklemek istedikleri geni seçmelidir. Bu, sonuçta ortaya çıkan organizma için amacın ne olduğu tarafından yönlendirilir ve daha önceki araştırmalara dayanır. Potansiyel genleri belirlemek için genetik taramalar yapılabilir ve daha sonra en iyi adayları belirlemek için daha ileri testler kullanılabilir. Mikrodizilerin, transkriptomiklerin ve genom dizilemesinin gelişimi, uygun genleri bulmayı çok daha kolay hale getirdi. Şans da rolünü oynar; Roundup Ready geni, bilim adamlarının herbisitin varlığında gelişen bir bakteriyi fark etmesinden sonra keşfedildi.

Gen izolasyonu ve klonlama

Bir sonraki adım, aday geni izole etmektir. Geni içeren hücre açılır ve DNA saflaştırılır. Gen, DNA'yı parçalara ayırmak için kısıtlama enzimleri veya gen segmentini büyütmek için polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) kullanılarak ayrılır. Bu segmentler daha sonra jel elektroforezi yoluyla ekstrakte edilebilir . Seçilen gen veya donör organizmanın genomu iyi çalışılmışsa, bir genetik kütüphaneden zaten erişilebilir olabilir . DNA dizisi biliniyorsa, ancak genin hiçbir kopyası yoksa, yapay olarak da sentezlenebilir . Gen izole edildikten sonra bir plazmide bağlanır ve daha sonra bir bakteriye eklenir. Plazmit, bakteri bölündüğünde çoğalır ve genin sınırsız kopyalarının mevcut olmasını sağlar. RK2 plazmidi, çok çeşitli tek hücreli organizmalarda çoğalma yeteneği ile dikkat çekicidir ve bu da onu bir genetik mühendisliği aracı olarak uygun hale getirir.

Gen, hedef organizmaya yerleştirilmeden önce diğer genetik elementlerle birleştirilmelidir. Bunlar, transkripsiyonu başlatan ve bitiren bir promotör ve terminatör bölgesini içerir . Çoğu durumda antibiyotik direnci sağlayan seçilebilir bir işaretleyici gen eklenir, böylece araştırmacılar hangi hücrelerin başarıyla dönüştürüldüğünü kolayca belirleyebilirler. Gen ayrıca daha iyi ifade veya etkinlik için bu aşamada değiştirilebilir. Bu manipülasyonlar, kısıtlama sindirimleri, ligasyonlar ve moleküler klonlama gibi rekombinant DNA teknikleri kullanılarak gerçekleştirilir .

DNA'nın konak genomuna yerleştirilmesi

Bir gen tabancası, DNA'yı bitki dokusuna yerleştirmek için biyolistik kullanır

Konak genomuna genetik materyal eklemek için kullanılan bir takım teknikler vardır. Bazı bakteriler doğal olarak yabancı DNA'yı alabilir . Bu yetenek, hücre zarının DNA'ya geçirgenliğini artıran stres (örneğin termal veya elektrik çarpması) yoluyla diğer bakterilerde uyarılabilir ; Alınan DNA ya genomla bütünleşebilir ya da kromozom dışı DNA olarak var olabilir . DNA genellikle mikroenjeksiyon kullanılarak hayvan hücrelerine yerleştirilir, burada hücrenin nükleer zarfı yoluyla doğrudan çekirdeğe veya viral vektörlerin kullanımı yoluyla enjekte edilebilir .

Bitki genomları, fiziksel yöntemlerle veya T-DNA ikili vektörlerinde barındırılan dizilerin teslimi için Agrobacterium kullanılarak tasarlanabilir . Bitkilerde DNA, genetik materyalin bitki hücrelerine doğal olarak eklenmesine izin veren Agrobacterium'un T-DNA dizisinden yararlanarak genellikle Agrobacterium aracılı transformasyon kullanılarak eklenir. Diğer yöntemler arasında, altın veya tungsten parçacıklarının DNA ile kaplandığı ve daha sonra genç bitki hücrelerine püskürtüldüğü biyolistik ve hücre zarını plazmit DNA'ya karşı geçirgen hale getirmek için bir elektrik şoku kullanmayı içeren elektroporasyon yer alır.

Genetik materyal ile sadece tek bir hücre dönüştürüldüğünden, organizmanın o tek hücreden yeniden üretilmesi gerekir. Bitkilerde bu, doku kültürü kullanılarak gerçekleştirilir . Hayvanlarda, yerleştirilen DNA'nın embriyonik kök hücrelerde mevcut olduğundan emin olmak gerekir . Bakteriler tek bir hücreden oluşur ve klonal olarak çoğalır, bu nedenle rejenerasyon gerekli değildir. Dönüştürülmüş hücreleri dönüştürülmemiş hücrelerden kolayca ayırt etmek için seçilebilir işaretçiler kullanılır. Bu markörler genellikle transgenik organizmada bulunur, ancak seçilebilir markörü olgun transgenik bitkiden çıkarabilen bir takım stratejiler geliştirilmiştir.

A. tumefaciens bir havuç hücresine yapışıyor

Bir organizmanın yeni geni içerdiğini doğrulamak için PCR, Southern hibridizasyonu ve DNA dizilimi kullanılarak daha ileri testler yapılır. Bu testler ayrıca eklenen genin kromozomal konumunu ve kopya sayısını da doğrulayabilir. Genin varlığı, hedef dokuda uygun seviyelerde eksprese edileceğini garanti etmez, bu nedenle gen ürünlerini (RNA ve protein) arayan ve ölçen yöntemler de kullanılır. Bunlar, kuzey hibridizasyonu, kantitatif RT-PCR, Western blot, immünofloresan, ELISA ve fenotipik analizi içerir.

Yeni genetik materyal, konak genomuna rastgele yerleştirilebilir veya belirli bir yere hedeflenebilir. Gen hedefleme tekniği, belirli bir endojen gende istenen değişiklikleri yapmak için homolog rekombinasyonu kullanır . Bu, bitkilerde ve hayvanlarda nispeten düşük bir frekansta meydana gelme eğilimindedir ve genellikle seçilebilir işaretlerin kullanılmasını gerektirir . Gen hedefleme sıklığı, genom düzenleme yoluyla büyük ölçüde artırılabilir . Genom düzenleme, genomda istenen konumlarda özel çift sarmallı kırılmalar oluşturan yapay olarak tasarlanmış nükleazları kullanır ve homolog rekombinasyon ve homolog olmayan uç birleştirmenin doğal süreçleri tarafından indüklenen kırılmayı onarmak için hücrenin endojen mekanizmalarını kullanır . Dört mühendislik nükleaz ailesi vardır: meganükleazlar, çinko parmak nükleazları, transkripsiyon aktivatörü benzeri efektör nükleazlar (TALEN'ler) ve Cas9-guideRNA sistemi ( CRISPR'den uyarlanmıştır ). TALEN ve CRISPR en yaygın kullanılan ikisidir ve her birinin kendine göre avantajları vardır. TALEN'ler daha fazla hedef spesifikliğine sahipken, CRISPR'ın tasarımı daha kolay ve daha verimlidir. Gen hedeflemesini güçlendirmeye ek olarak, bir gen nakavtını oluşturan endojen genlerdeki mutasyonları dahil etmek için tasarlanmış nükleazlar kullanılabilir .

Uygulamalar

Genetik mühendisliğinin tıp, araştırma, endüstri ve tarımda uygulamaları vardır ve çok çeşitli bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalar üzerinde kullanılabilir. Genetiği değiştirilmiş ilk organizmalar olan bakteriler, gıda ve diğer substratları işleyen ilaçları veya enzimleri kodlayan yeni genler içeren plazmit DNA'ya sahip olabilir . Bitkiler, böceklerden korunma, herbisit direnci, virüs direnci, gelişmiş beslenme, çevresel baskılara tolerans ve yenilebilir aşıların üretimi için modifiye edilmiştir . Ticarileştirilmiş GDO'ların çoğu, böceklere dayanıklı veya herbisite toleranslı ekin bitkileridir. Genetiği değiştirilmiş hayvanlar, araştırma, model hayvanlar ve tarımsal veya farmasötik ürünlerin üretimi için kullanılmıştır. Genetiği değiştirilmiş hayvanlar, genleri nakavt edilmiş, hastalığa karşı artan duyarlılık, ekstra büyüme için hormonlar ve sütlerinde protein ifade etme yeteneği olan hayvanları içerir.

İlaç

Genetik mühendisliği, ilaç üretimi, insan koşullarını taklit eden model hayvanların yaratılması ve gen tedavisini içeren tıpta birçok uygulamaya sahiptir . Genetik mühendisliğinin en eski kullanımlarından biri, bakterilerde insan insülinini toplu olarak üretmekti. Bu uygulama artık insan büyüme hormonları, folikül uyarıcı hormonlar (infertilite tedavisi için), insan albümini, monoklonal antikorlar, antihemofilik faktörler, aşılar ve diğer birçok ilaca uygulanmaktadır. Monoklonal antikorlar oluşturmak için birbirine kaynaşmış hücreler olan fare hibridomları, insan monoklonal antikorları oluşturmak için genetik mühendisliği yoluyla uyarlanmıştır. Genetiği değiştirilmiş virüsler hala bağışıklık kazandırabilir, ancak bulaşıcı dizilerden yoksundur .

Genetik mühendisliği, insan hastalıklarının hayvan modellerini oluşturmak için de kullanılır. Genetiği değiştirilmiş fareler, genetiğiyle oynanmış en yaygın hayvan modelidir. Kanser ( oncomouse ), obezite, kalp hastalığı, diyabet, artrit, madde kötüye kullanımı, anksiyete, yaşlanma ve Parkinson hastalığını incelemek ve modellemek için kullanılmıştır. Potansiyel tedaviler bu fare modellerine karşı test edilebilir.

Gen tedavisi, genellikle kusurlu genleri etkili olanlarla değiştirerek insanların genetik mühendisliğidir . Somatik gen terapisini kullanan klinik araştırmalar, X'e bağlı SCID, kronik lenfositik lösemi (CLL) ve Parkinson hastalığı dahil olmak üzere çeşitli hastalıklarla yürütülmüştür . 2012 yılında Alipogene tiparvovec, klinik kullanım için onaylanan ilk gen tedavisi tedavisi oldu. 2015 yılında, nadir görülen bir cilt hastalığı olan epidermolizis büllozadan mustarip bir çocuğun cilt hücrelerine sağlıklı bir gen eklemek için bir virüs kullanıldı ve daha sonra sağlıklı bir cildi, çocuğun vücudunun yüzde 80'ine aşıladı. hastalık.

Germline gen tedavisi, herhangi bir değişikliğin kalıtsal olmasıyla sonuçlanacak ve bu da bilim camiasında endişelere yol açacaktır. 2015 yılında, CRISPR, yaşayamayan insan embriyolarının DNA'sını düzenlemek için kullanıldı, önde gelen dünya akademilerinin bilim adamlarının kalıtsal insan genomu düzenlemeleri üzerinde bir moratoryum çağrısı yapması. Teknolojinin sadece tedavi için değil, aynı zamanda bir insanın görünüşünü, uyarlanabilirliğini, zekasını, karakterini veya davranışını iyileştirmek, değiştirmek veya değiştirmek için kullanılabileceğine dair endişeler de var. İyileştirme ve iyileştirme arasındaki ayrımın yapılması da zor olabilir. Kasım 2018'de He Jiankui, HIV'in hücrelere girmek için kullandığı bir reseptörü kodlayan CCR5 genini devre dışı bırakmaya çalışmak için iki insan embriyosunun genomlarını düzenlediğini duyurdu . İş yaygın olarak etik dışı, tehlikeli ve erken olarak kınandı. Şu anda, germ hattı modifikasyonu 40 ülkede yasaklanmıştır. Bu tür araştırmalar yapan bilim adamları, genellikle embriyoların bir bebeğe dönüşmesine izin vermeden birkaç gün büyümesine izin verir.

Araştırmacılar, domuzdan insana organ nakli başarısını artırmak amacıyla insan organlarının büyümesini teşvik etmek için domuzların genomunu değiştiriyorlar . Bilim adamları "gen sürücüleri" yaratıyor, sivrisineklerin genomlarını sıtmaya karşı bağışıklık kazandırmak için değiştiriyor ve ardından hastalığı ortadan kaldırmak umuduyla genetiği değiştirilmiş sivrisinekleri sivrisinek popülasyonu boyunca yaymaya çalışıyorlar.

Araştırma

Bazı proteinlerin yeşil floresan protein ile kaynaştırılarak görselleştirilmesine olanak sağlayan insan hücreleri

Genetik mühendisliği, gen fonksiyonunun analizi için en önemli araçlardan biri olan transgenik organizmaların yaratılmasıyla doğa bilimciler için önemli bir araçtır. Çok çeşitli organizmalardan gelen genler ve diğer genetik bilgiler, depolama ve modifikasyon için bakterilere eklenebilir ve bu süreçte genetiği değiştirilmiş bakteriler yaratılabilir . Bakteriler ucuzdur, büyümesi kolaydır, klonaldır, hızlı çoğalır, nispeten kolay dönüştürülür ve -80 °C'de neredeyse süresiz olarak saklanabilir. Bir gen izole edildiğinde, araştırma için sınırsız bir kaynak sağlayan bakterilerin içinde saklanabilir.

Organizmalar, belirli genlerin işlevlerini keşfetmek için genetik olarak tasarlanmıştır. Bu, genin eksprese edildiği organizmanın fenotipi veya başka hangi genlerle etkileşime girdiği üzerindeki etkisi olabilir. Bu deneyler genellikle fonksiyon kaybı, fonksiyon kazanımı, izleme ve ifadeyi içerir.

  • Bir organizmanın bir veya daha fazla genin aktivitesinden yoksun olacak şekilde tasarlandığı bir gen nakavt deneyinde olduğu gibi fonksiyon kaybı deneyleri . Basit bir nakavtla, istenen genin bir kopyası, onu işlevsiz hale getirmek için değiştirildi. Embriyonik kök hücreler, halihazırda mevcut fonksiyonel kopyanın yerini alan değiştirilmiş geni içerir. Bu kök hücreler, taşıyıcı annelere implante edilen blastokistlere enjekte edilir . Bu, deneycinin bu mutasyonun neden olduğu kusurları analiz etmesine ve böylece belirli genlerin rolünü belirlemesine olanak tanır. Özellikle gelişim biyolojisinde sıklıkla kullanılır . Bu, ilgili alandaki her pozisyonda, hatta tüm gendeki her pozisyonda nokta mutasyonlu bir gen kütüphanesi yaratılarak yapıldığında, buna "tarama mutajenezi" denir. En basit ve kullanılacak ilk yöntem, sırayla her pozisyonun reaktif olmayan amino asit alanine mutasyona uğradığı "alanin taraması" dır .
  • Fonksiyon deneylerinin kazanımı, nakavtların mantıksal karşılığı. Bunlar bazen istenen genin işlevini daha ince bir şekilde belirlemek için nakavt deneyleriyle birlikte gerçekleştirilir. İşlem, yapının, genellikle genin fazladan kopyalarını sağlayarak veya proteinin sentezini daha sık indükleyerek, genin işlevini artırmak için tasarlanması dışında, nakavt mühendisliğindekiyle hemen hemen aynıdır. Fonksiyon kazancı, bir proteinin bir fonksiyon için yeterli olup olmadığını söylemek için kullanılır, ancak özellikle genetik veya fonksiyonel fazlalık söz konusu olduğunda, her zaman gerekli olduğu anlamına gelmez.
  • İstenen proteinin lokalizasyonu ve etkileşimi hakkında bilgi edinmeyi amaçlayan izleme deneyleri . Bunu yapmanın bir yolu, vahşi tip geni, ürünlerin kolay görselleştirilmesini sağlayacak yeşil floresan protein (GFP) gibi bir raporlama elemanı ile vahşi tip genin yan yana dizilişi olan bir 'füzyon' geni ile değiştirmektir. genetik modifikasyonun sonucudur. Bu yararlı bir teknik olsa da, manipülasyon genin işlevini bozabilir, ikincil etkiler yaratabilir ve muhtemelen deneyin sonuçlarını sorgulayabilir. Monoklonal antikorlara bağlanma motifleri olarak hizmet edecek küçük dizilerin eklenmesi gibi, protein ürünlerini işlevlerini azaltmadan izleyebilen daha karmaşık teknikler geliştirilmektedir.
  • Ekspresyon çalışmaları, spesifik proteinlerin nerede ve ne zaman üretildiğini keşfetmeyi amaçlar. Bu deneylerde, gen promotörü olarak bilinen bir proteini kodlayan DNA'dan önceki DNA dizisi, protein kodlama bölgesinin yerini GFP gibi bir raportör gen veya bir boya üretimini katalize eden bir enzim ile bir organizmaya yeniden verilir. . Böylece belirli bir proteinin üretildiği yer ve zaman gözlemlenebilir. Ekspresyon çalışmaları, hangi parçaların genin doğru ekspresyonu için çok önemli olduğunu ve aslında transkripsiyon faktörü proteinleri tarafından bağlı olduğunu bulmak için promotörü değiştirerek bir adım daha ileri alınabilir; bu süreç, promotör darbesi olarak bilinir .

Sanayi

Genetik mühendisliği ürünleri

Organizmalar, istenen proteini aşırı ifade edecek şekilde, enzim gibi yararlı bir proteini kodlayan bir gen ile hücrelerini dönüştürebilir . Proteinin kütle miktarları daha sonra dönüştürülmüş organizmanın endüstriyel fermantasyon kullanılarak biyoreaktör ekipmanında büyütülmesi ve ardından proteinin saflaştırılmasıyla üretilebilir. Bazı genler bakterilerde iyi çalışmaz, bu nedenle maya, böcek hücreleri veya memeli hücreleri de kullanılabilir. Bu teknikler, insülin, insan büyüme hormonu ve aşılar gibi ilaçlar, triptofan gibi takviyeler, gıda üretiminde yardımcı maddeler ( peynir yapımında kimozin ) ve yakıtlar üretmek için kullanılır. Genetiği değiştirilmiş bakterilerle yapılan diğer uygulamalar, biyoyakıt yapma, petrol sızıntılarını, karbon ve diğer toksik atıkları temizleme ve içme suyunda arsenik tespit etme gibi doğal döngülerinin dışında görevleri gerçekleştirmelerini içerebilir . Genetiği değiştirilmiş belirli mikroplar, çevrelerinden ağır metalleri çıkarma ve bunları daha kolay geri kazanılabilen bileşiklere dahil etme yetenekleri nedeniyle biyomadencilik ve biyoremediasyonda da kullanılabilir .

Malzeme biliminde, genetiği değiştirilmiş bir virüs, daha çevre dostu bir lityum iyon pilin montajı için bir araştırma laboratuvarında bir iskele olarak kullanılmıştır . Bakteriler ayrıca belirli çevresel koşullar altında bir floresan proteini ifade ederek sensörler olarak işlev görecek şekilde tasarlanmıştır.

Tarım

Fıstık yapraklarında bulunan Bt-toksinler (alttaki resim), onu daha az mısır sapı kurdu larvalarının neden olduğu büyük hasardan korur (üstteki resim).

Genetik mühendisliğinin en iyi bilinen ve tartışmalı uygulamalarından biri, genetiği değiştirilmiş gıdaların üretilmesi için genetiği değiştirilmiş mahsullerin veya genetiği değiştirilmiş çiftlik hayvanlarının yaratılması ve kullanılmasıdır . Mahsuller üretimi artırmak, abiyotik streslere karşı toleransı artırmak, gıdanın bileşimini değiştirmek veya yeni ürünler üretmek için geliştirilmiştir.

Büyük ölçekte ticari olarak piyasaya sürülen ilk mahsuller, haşerelere karşı koruma veya herbisitlere tolerans sağladı . Mantarlara ve virüslere karşı dirençli mahsuller de geliştirilmiş veya geliştirilmektedir. Bu, mahsullerin böcek ve yabancı ot yönetimini kolaylaştırır ve mahsul verimini dolaylı olarak artırabilir. Büyümeyi hızlandırarak veya bitkiyi daha dayanıklı hale getirerek (tuz, soğuk veya kuraklık toleransını geliştirerek) doğrudan verimi artıran GD mahsuller de geliştirilmektedir. 2016 yılında Somon, normal yetişkin boyutuna çok daha hızlı ulaşmak için büyüme hormonları ile genetik olarak modifiye edilmiştir.

Besin değerini artırarak veya endüstriyel olarak daha yararlı nitelikler veya miktarlar sağlayarak ürünün kalitesini değiştiren GDO'lar geliştirilmiştir. Amflora patatesi, endüstriyel olarak daha kullanışlı bir nişasta karışımı üretir. Soya fasulyesi ve kanola, daha sağlıklı yağlar üretmek için genetik olarak modifiye edilmiştir. İlk ticarileştirilmiş GD gıda, olgunlaşmayı geciktiren ve raf ömrünü uzatan bir domatesti .

Bitkiler ve hayvanlar, normalde yapmadıkları malzemeleri üretmek üzere tasarlanmıştır. Pharming, aşıları, ilaç ara ürünlerini veya ilaçların kendilerini üretmek için bitkileri ve hayvanları biyoreaktör olarak kullanır; faydalı ürün hasattan saflaştırılır ve daha sonra standart farmasötik üretim sürecinde kullanılır. İnekler ve keçiler, sütlerindeki ilaçları ve diğer proteinleri ifade edecek şekilde tasarlandı ve 2009'da FDA keçi sütünde üretilen bir ilacı onayladı.

Diğer uygulamalar

Genetik mühendisliğinin koruma ve doğal alan yönetiminde potansiyel uygulamaları vardır. Viral vektörler yoluyla gen transferi, istilacı türleri kontrol etmenin yanı sıra tehdit altındaki faunayı hastalıktan aşılamanın bir yolu olarak önerilmiştir. Transgenik ağaçlar, vahşi popülasyonlarda patojenlere karşı direnç kazandırmanın bir yolu olarak önerilmiştir. İklim değişikliği ve diğer bozulmaların bir sonucu olarak organizmalarda artan uyumsuzluk riskleri ile birlikte, gen ayarlaması yoluyla kolaylaştırılmış adaptasyon, yok olma risklerini azaltmak için bir çözüm olabilir. Genetik mühendisliğinin korumadaki uygulamaları şimdiye kadar çoğunlukla teoriktir ve henüz uygulamaya konmamıştır.

Genetik mühendisliği de mikrobiyal sanat yaratmak için kullanılıyor . Bazı bakteriler, siyah beyaz fotoğraflar oluşturmak için genetik olarak tasarlanmıştır. Genetik mühendisliği yoluyla lavanta rengi karanfiller, mavi güller ve parlayan balıklar gibi yeni ürünler de üretildi.

Düzenleme

Genetik mühendisliğinin düzenlenmesi, hükümetlerin GDO'ların geliştirilmesi ve serbest bırakılmasıyla ilgili riskleri değerlendirmek ve yönetmek için aldığı yaklaşımlarla ilgilidir. Düzenleyici bir çerçevenin geliştirilmesi, 1975'te Asilomar, California'da başladı. Asilomar toplantısında, rekombinant teknolojinin kullanımına ilişkin bir dizi gönüllü kılavuz tavsiye edildi. Teknoloji geliştikçe ABD , Bilim ve Teknoloji Ofisi'nde GM gıdalarının düzenleyici onayını USDA, FDA ve EPA'ya atayan bir komite kurdu. GDO'ların transferini, işlenmesini ve kullanımını düzenleyen uluslararası bir anlaşma olan Cartagena Biyogüvenlik Protokolü 29 Ocak 2000'de kabul edilmiştir. Yüz elli yedi ülke Protokol'e üyedir ve çoğu bunu kendi amaçları için referans noktası olarak kullanmaktadır. kendi düzenlemeleri.

GD gıdaların yasal ve düzenleyici statüsü ülkeye göre değişir; bazı ülkeler bunları yasaklar veya kısıtlar ve diğerleri çok farklı derecelerde düzenleme ile bunlara izin verir. Bazı ülkeler izinle GD gıda ithalatına izin verir, ancak ekimine izin vermez (Rusya, Norveç, İsrail) ya da henüz GD ürün üretilmemesine rağmen ekimi için hükümler vardır (Japonya, Güney Kore). GDO ekimine izin vermeyen çoğu ülke araştırmaya izin vermektedir. En belirgin farklılıklardan bazıları ABD ve Avrupa arasında ortaya çıkıyor. ABD politikası ürüne (sürece değil) odaklanır, yalnızca doğrulanabilir bilimsel risklere bakar ve önemli eşdeğerlik kavramını kullanır . Buna karşılık Avrupa Birliği, muhtemelen dünyadaki en katı GDO düzenlemelerine sahiptir. Işınlanmış gıdalarla birlikte tüm GDO'lar "yeni gıda" olarak kabul edilir ve Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi tarafından kapsamlı, vaka bazında, bilime dayalı gıda değerlendirmesine tabidir . Yetkilendirme kriterleri dört geniş kategoriye ayrılır: "güvenlik", "seçim özgürlüğü", "etiketleme" ve "izlenebilirlik". GDO'ları yetiştiren diğer ülkelerdeki düzenleme düzeyi, Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri arasındadır.

Coğrafi bölgelere göre düzenleyici kurumlar
Bölge düzenleyiciler Notlar
BİZ USDA, FDA ve EPA
Avrupa Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi
Kanada Health Canada ve Kanada Gıda Denetleme Kurumu Menşe yöntemine bakılmaksızın yeni özelliklere sahip yasal düzenlemelere tabi ürünler
Afrika Doğu ve Güney Afrika için Ortak Pazar Nihai karar her bir ülkeye aittir.
Çin Tarımsal Genetik Mühendisliği Biyogüvenlik İdaresi Ofisi
Hindistan Kurumsal Biyogüvenlik Komitesi, Genetik Manipülasyon İnceleme Komitesi ve Genetik Mühendisliği Onay Komitesi
Arjantin Ulusal Tarımsal Biyoteknoloji Danışma Komitesi (çevresel etki), Ulusal Sağlık ve Tarımsal Gıda Kalitesi Hizmeti (gıda güvenliği) ve Ulusal Tarımsal İşletme Yönergesi (ticaret üzerindeki etkisi) Tarım, Hayvancılık, Balıkçılık ve Gıda Sekreterliği tarafından verilen nihai karar.
Brezilya Ulusal Biyogüvenlik Teknik Komisyonu (çevre ve gıda güvenliği) ve Bakanlar Kurulu (ticari ve ekonomik konular)
Avustralya Gen Teknolojisi Düzenleyici Ofisi (tüm GM ürünlerini denetler), Terapötik Ürünler İdaresi (GM ilaçları) ve Avustralya Yeni Zelanda Gıda Standartları (GM gıda). Bireysel eyalet hükümetleri daha sonra serbest bırakmanın piyasalar ve ticaret üzerindeki etkisini değerlendirebilir ve onaylanmış genetiği değiştirilmiş ürünleri kontrol etmek için daha fazla mevzuat uygulayabilir.

Düzenleyicilerle ilgili kilit konulardan biri, GM ürünlerinin etiketlenip etiketlenmeyeceğidir. Avrupa Komisyonu, bilinçli seçime izin vermek, olası yanlış reklamlardan kaçınmak ve sağlık veya çevre üzerinde olumsuz etkiler keşfedilirse ürünlerin geri çekilmesini kolaylaştırmak için zorunlu etiketleme ve izlenebilirliğin gerekli olduğunu söylüyor. American Medical Association ve American Association for the Advancement of Science (Amerikan Bilimi Geliştirme Derneği), gönüllü etiketlemenin bile zararla ilgili bilimsel kanıtların bulunmamasının yanıltıcı olduğunu ve tüketicileri yanlış bir şekilde alarma geçireceğini söylüyor. 64 ülkede GDO'lu ürünlerin pazarda etiketlenmesi zorunludur. Etiketleme, (ülkeler arasında değişen) bir eşik GM içerik düzeyine kadar zorunlu veya isteğe bağlı olabilir. Kanada ve ABD'de GDO'lu gıdaların etiketlenmesi isteğe bağlıdır, Avrupa'da ise tüm gıdalar ( işlenmiş gıdalar dahil ) veya onaylanmış GDO'ların %0,9'undan fazlasını içeren yemler etiketlenmelidir.

tartışma

Eleştirmenler, genetik mühendisliğinin kullanımına etik, ekolojik ve ekonomik kaygılar da dahil olmak üzere çeşitli gerekçelerle itiraz ettiler. Bu endişelerin çoğu, GD mahsulleri ve bunlardan üretilen gıdaların güvenli olup olmadığı ve onları yetiştirmenin çevre üzerinde ne gibi etkileri olacağı ile ilgilidir. Bu tartışmalar, bazı ülkelerde davalara, uluslararası ticaret anlaşmazlıklarına ve protestolara ve ticari ürünlerin kısıtlayıcı düzenlemelerine yol açmıştır.

Bilim adamlarının " Tanrı'yı ​​​​oynadığı " ve diğer dini konularla ilgili suçlamalar, başından beri teknolojiye atfedildi. Ortaya çıkan diğer etik konular arasında yaşamın patentlenmesi, fikri mülkiyet haklarının kullanımı, ürünler üzerindeki etiketleme düzeyi, gıda arzının kontrolü ve düzenleyici sürecin nesnelliği yer almaktadır. Şüpheler dile getirilse de, ekonomik olarak çoğu çalışma, GDO'lu ürünlerin yetiştirilmesinin çiftçiler için faydalı olduğunu bulmuştur.

GD ekinler ve uyumlu bitkiler arasındaki gen akışı, seçici herbisitlerin artan kullanımıyla birlikte " süper yabani otların" gelişme riskini artırabilir . Diğer çevresel kaygılar, toprak mikropları da dahil olmak üzere hedef olmayan organizmalar üzerindeki potansiyel etkileri ve ikincil ve dirençli böcek zararlılarındaki artışı içerir. GD ürünlerle ilgili çevresel etkilerin çoğunun anlaşılması uzun yıllar alabilir ve geleneksel tarım uygulamalarında da kendini gösterir. Genetiği değiştirilmiş balıkların ticarileştirilmesiyle, kaçmaları halinde çevresel sonuçların ne olacağı konusunda endişeler var.

Genetiği değiştirilmiş gıdaların güvenliği konusunda üç ana endişe vardır: alerjik reaksiyona neden olup olmayacağı ; genlerin gıdadan insan hücrelerine aktarılıp aktarılamayacağı; ve insan tüketimi için onaylanmayan genlerin diğer mahsullere geçip geçemeyeceği . Halihazırda GD mahsullerden elde edilen mevcut gıdaların insan sağlığı için geleneksel gıdalardan daha büyük bir risk oluşturmadığına dair bilimsel bir fikir birliği vardır, ancak her GD gıdanın piyasaya sürülmeden önce vaka bazında test edilmesi gerekir. Bununla birlikte, halkın GD gıdaları güvenli olarak algılaması bilim adamlarından daha az olasıdır.

popüler kültürde

Genetik mühendisliği birçok bilim kurgu hikayesinde yer alır. Frank Herbert'in Beyaz Veba adlı romanı, özellikle kadınları öldüren bir patojen yaratmak için genetik mühendisliğinin kasıtlı kullanımını anlatır . Herbert'in eserlerinden bir diğeri olan Dune roman serisi, güçlü Tleilaxu'yu yaratmak için genetik mühendisliği kullanır . Her ikisi de bir dersten, bir gösteriden ve bir bilimsel film klibinden yararlanan 1978 The Boys from Brazil ve 1993 Jurassic Park dışında, izleyicileri genetik mühendisliği hakkında bilgilendiren çok az film vardır . Genetik mühendisliği yöntemleri filmde zayıf bir şekilde temsil edilmektedir; Wellcome Trust için yazan Michael Clark, The 6th Day gibi filmlerde genetik mühendisliği ve biyoteknoloji tasvirlerinin "ciddi şekilde çarpıtılmış" olduğunu söylüyor . Clark'ın görüşüne göre, biyoteknolojiye tipik olarak "fantastik ama görsel olarak dikkat çekici biçimler verilir", bilim ise ya arka plana atılır ya da genç bir izleyici kitlesine uyacak şekilde kurgulanır.

2007 video oyunu BioShock'ta genetik mühendisliği, ana hikaye ve evrende önemli bir rol oynar. Oyun, sakinlerinin kendilerine bu tür güçler veren bir serum olan “plazmitleri” enjekte ettikten sonra genetik insanüstü yeteneklere sahip oldukları kurgusal sualtı distopyası Rapture'da geçiyor . Ayrıca Rapture şehrinde "Küçük Kızkardeşler", genel olarak tasarlanmış küçük kızlar ve bir kabare şarkıcısının fetüsünü yeni doğan bebeğe yanlış anılar yerleştiren ve büyümek için genetik mühendisliği yapan genetik bilimcilere sattığı bir yan plan var. bir yetişkine.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar