Модификации (генетика) - Modifications (genetics)

Визуализация генетической модификации с удалением части ДНК пинцетом.[1]

Модификации изменения или различия между ДНК организмов одного и того же вида, вызванные различиями в их среда. Это в отличие от мутации, которые представляют собой изменения в геномы организмов. Различия в окружающей среде, которые могут повлиять на характеристики организма (фенотип ) включают субстрат, свет, тепло, стресс, упражнение, и так далее. Модификации обычно не наследственный, однако в некоторых случаях эпигенетический модификации могут передаваться по наследству. В обоих случаях нет изменения первичной последовательности ДНК (генотипа), а скорее влияет на экспрессию гена, которая является причиной измененного фенотипа.[2]

Возможность модификации

При идеальной наследственности гены родителей передаются потомству без изменений. Вот почему организмы, несущие одинаковые генотип должны быть идентичными по всем характеристикам. Однако, это не так. Из-за условий окружающей среды они могут мутировать, что приводит к изменению организмов друг от друга до определенного момента. Есть два типа модификаций: непрерывная модификация и переключающая модификация.

Чтобы проиллюстрировать возможность модификации, вы можете взглянуть на наши культурные растения. Урожай этих растений зависит не только от качества семян, но и во многом от таких факторов окружающей среды, как состояние почвы, содержание питательных веществ в почве, удобрения, влажность и температура а также вмешательство других растения.

Генная инженерия - это тип преднамеренной генетической модификации, при которой биотехнологии используются для изменения генома организма.[3] Этот тип модификации может включать вставки или удаления оснований ДНК в существующий генетический код.[4]

Методы

Изображение отображает процесс редактирования генома CRISPR.
На этом изображении показан общий метод редактирования биотехнологического генома с использованием бактериальных векторов.

Генетические модификации могут происходить естественным путем, посредством вышеупомянутых мутаций, которые могут возникать в геноме организма, или с помощью биотехнологических методов выбора интересующего гена для манипулирования. В биотехнологической методологии первым шагом является определение интересующей характеристики. Следующим шагом является сравнение геномов организмов одного и того же вида, с признаком и без него, чтобы выделить последовательность конкретного интересующего признака. Третий шаг - использовать последовательность и различные ферменты для вставки генов признака в плазмидный вектор, который затем можно вставить в бактерии для размножения предпочтительного гена. Следующие шаги в основном состоят в том, чтобы исследователи тестировали организм, чтобы убедиться, что признак был успешно передан и что новый вид не нанес вред организму. [5] Методы CRISPR представляют собой конкретный вариант вышеупомянутого процесса редактирования генома, который на сегодняшний день является наиболее распространенным методом.

Примеры

Это изображение показывает пример генетической модификации, используемой для сельскохозяйственных целей.

В примере с одуванчик: у большинства из них длинные стебли, но некоторые адаптировались к окружающей среде, генетически изменив длину стебля, сделав его намного короче; чтобы избежать стрижки газонокосилкой. Поскольку одуванчики с более короткими стеблями обладают генетической силой, позволяющей жить дальше одуванчиков с длинными стеблями, генетическая частота популяции может быть изменена и, таким образом, генетически модифицирована.[6]

На синтетическом примере в лаборатории ученые выделили ген, вызывающий болезнь Альцгеймера у людей, ген белка-предшественника амилоида (APP), и передали его нервным клеткам червей. При этом ученые стремились изучить прогрессирование болезни Альцгеймера у червей, пометив белок APP, чтобы ученые могли визуализировать его как стареющего червя; Конечная цель состояла в том, чтобы применить их новое понимание гена APP и его роли в болезни Альцгеймера к исследованиям на людях.[4][7]

Инсулин[8] то, что люди вводят для медицинских нужд, - это первое медицинское использование генетически модифицированных бактерий и пример продукта синтетической генетической модификации.[9] С помощью следующих шагов ученые могут генетически создать медицинский продукт, на который полагаются миллионы людей во всем мире:

  1. Небольшой фрагмент ДНК извлекается из кольцевой формы бактериальной или дрожжевой ДНК, называемой плазмидой. Ученый извлечет эту ДНК с помощью специфических рестрикционных ферментов.
  2. Затем ученый вставит человеческий ген инсулина в промежуток, оставленный извлеченной ДНК. Эта плазмида теперь считается генетически модифицированной сущностью.
  3. Затем генетически модифицированный объект повторно вводится в новую бактериальную или дрожжевую клетку.
  4. Затем эта клетка претерпевает митоз и быстро делится, производя инсулин, подходящий для нужд человека.
  5. Ученые выращивают генетически модифицированные бактерии или дрожжи в больших сосудах для ферментации, которые содержат все необходимые питательные вещества и позволяют выращивать большие количества инсулина.
  6. Когда ферментация завершена, смесь фильтруют для получения окончательного инсулина.
  7. Затем инсулин очищается и расфасовывается во флаконы и инсулиновые ручки для распределения среди пациентов с диабетом.[4]

Этика

Этические соображения относительно редактирования генов в значительной степени вызывают споры в обществе. Научное сообщество обычно выступает с осторожностью, когда дело доходит до использования в повседневной жизни организмов с измененными геномами. Как упоминалось выше, генетические модификации изучаются исследователями в контролируемых условиях после их введения в организм, что позволяет улучшить научное понимание эффектов определенных модификаций генов и определенных реакций организма, а затем может быть преобразовано в более общие исследования для дальнейшее понимание. Ученые и политики согласны с тем, что общественные обсуждения должны решить законность редактирования генома зародышевой линии.[10]

Этические вопросы генетических модификаций широко обсуждаются, и есть много аргументов, которые можно считать законными с обеих сторон. Главный аргумент в пользу принятой этики генетических модификаций заключается в том, безопасны ли генетические модификации для человека и окружающей среды. Хотя некоторые люди делают вывод, что если генетически модифицированные организмы будут протестированы в контролируемых лабораторных условиях и будет гарантирована их безопасность, то они будут безопасными для всех целей; другие люди считают, что если генетически модифицированные организмы неестественны, они автоматически нанесут ущерб нашему обществу или имеют неопределенный потенциал причинения вреда.[10]

Рекомендации

  1. ^ "Генная инженерия", Википедия, 2019-09-18, получено 2019-10-24
  2. ^ Эллисон, Лизабет А. (2012). Фундаментальная молекулярная биология. Соединенные Штаты Америки: John Wiley & Sons, Inc., стр. 354–355. ISBN  9781118059814.
  3. ^ "Генная инженерия", Википедия, 2019-09-18, получено 2019-09-19
  4. ^ а б c "Что такое генная инженерия?". твой геном. Получено 2019-09-19.
  5. ^ «Как сделать ГМО». Наука в новостях. 2015-08-09. Получено 2019-11-14.
  6. ^ Энтина, Джон. "ГМО, да!". Обычный читатель. Получено 2019-10-24.
  7. ^ «Белок-предшественник амилоида», Википедия, 2019-09-22, получено 2019-10-24
  8. ^ «Инсулин», Википедия, 2019-10-10, получено 2019-10-24
  9. ^ «Генетически модифицированные бактерии», Википедия, 2019-10-05, получено 2019-10-24
  10. ^ а б «Каковы этические проблемы редактирования генома?». Genome.gov. Получено 2019-11-14.