Mis on GMOd ja kuidas neid toodetakse?

GMO on lühendatud mõistega "geneetiliselt muundatud organism". Geneetiline modifikatsioon on olnud aastakümneid ja on kõige tõhusam ja kiireim viis konkreetse tunnusega taime või looma loomiseks iseloomulik. See võimaldab DNA järjestuses täpseid ja spetsiifilisi muudatusi. Kuna DNA koosneb põhimõtteliselt kogu organismi kavast, muudavad DNA muutused seda, mis on organism ja mida ta saab teha. DNA manipuleerimise tehnikad töötati välja alles viimase 40 aasta jooksul.

Kuidas organismi geneetiliselt muundada? Tegelikult on see üsna lai küsimus. Organism võib olla taim, loom, seen või bakter ja need kõik võivad olla geneetiliselt muundatud juba peaaegu 40 aastat. Esimesed geneetiliselt muundatud organismid olid bakterid 1970ndate alguses. Sellest ajast alates on geneetiliselt muundatud bakteritest saanud sadu tuhandeid laboreid, kes teevad nii taimedel kui ka loomadel geneetilisi modifikatsioone. Enamik põhilisi geenide segamisi ja modifikatsioone on kavandatud ja valmistatud bakterite abil, peamiselt mõned nende variatsioonid E. coli, seejärel kantakse sihtorganismidele.

Taimede, loomade või mikroobide geneetiliselt muutmise üldine lähenemisviis on põhimõtteliselt üsna sarnane. Spetsiifilistes tehnikates on taime- ja loomsete rakkude üldistest erinevustest tulenevalt siiski mõned erinevused. Näiteks taimerakkudel on raku seinad ja loomarakud seda ei tee.

Geneetiliselt muundatud loomad on mõeldud peamiselt teadusuuringuteks, kui neid kasutatakse sageli bioloogiliste süsteemide mudeleid ravimite väljatöötamiseks. Mõned geneetiliselt muundatud loomad on välja töötatud muudel kaubanduslikel eesmärkidel, näiteks fluorestsentskala lemmikloomadena ja geneetiliselt muundatud sääsed, mis aitavad kontrolli all hoida haigusi kandvaid sääski. Kuid väljaspool põhilisi bioloogilisi uuringuid on nende kasutamine piiratud. Siiani pole ühtegi geneetiliselt muundatud looma toiduallikana heaks kiidetud. Kuid varsti võib see muutuda seoses heakskiitmisprotsessis oleva AquaAdvantage Salmoniga.

Taimedega on olukord aga erinev. Kuigi paljusid taimi on teadusuuringute jaoks modifitseeritud, on enamiku põllukultuuride geneetilise muundamise eesmärk muuta taimesektor, mis on majanduslikult või sotsiaalselt kasulik. Näiteks saaki saab suurendada, kui taimed on konstrueeritud parema vastupanuvõimega sellistele haigusi põhjustavatele kahjuritele nagu näiteks Vikerkaarepapaia, või võime kasvada kõlbmatu, võib-olla külmemas piirkonnas. Viljad, mis püsivad kauem küpsena, näiteks Lõputud suvised tomatid, annab pärast koristamist kasutamiseks rohkem aega. Samuti toiteväärtust tõstvad omadused, näiteks Kuldne riis mõeldud rikkalikult A-vitamiini või puuvilja kasulikkust, näiteks mitte pruunistumist Arktilised õunad on ka tehtud.

Põhimõtteliselt võib sisse viia mis tahes tunnuse, mis võib ilmneda konkreetse geeni lisamisel või inhibeerimisel. Hallata võiks ka tunnuseid, mis nõuavad mitut geeni, kuid see nõuab keerukamat protsessi, mida kaubanduslike põllukultuuride puhul pole veel saavutatud.

Enne uute geenide organismidesse viimise selgitamist on oluline mõista, mis geen on. Nagu paljud ilmselt teavad, on geenid valmistatud DNA-st, mis koosneb osaliselt neljast alusest, mida tavaliselt nimetatakse lihtsalt A, T, C, G. Nende aluste lineaarset järjestust geeni DNA ahelas järjest võib pidada konkreetse valgu koodiks, samamoodi nagu tähti lause tekstikoodi reaks.

Valgud on suured bioloogilised molekulid, mis on valmistatud aminohapetest, mis on omavahel ühendatud erinevates kombinatsioonides. Kui aminohapete õige kombinatsioon on omavahel ühendatud, voldib aminohapete ahel kokku valgu millel on konkreetne kuju ja õiged keemilised omadused, et see saaks täita teatud funktsiooni või reaktsioon. Elus koosneb peamiselt valkudest. Mõned valgud on ensüümid, mis katalüüsivad keemilisi reaktsioone; teised transpordivad materjali rakkudesse ja mõned toimivad lülititena, aktiveerides või desaktiveerides teisi valke või valgukaskaade. Seega, kui sisestatakse uus geen, annab see rakule koodjärjestuse, mis võimaldab tal valku uut moodustada.

Taimedes ja loomarakkudes on peaaegu kogu DNA järjestatud mitmeks pikaks ahelaks, mis mähitakse kromosoomideks. Geenid on tegelikult vaid kromosoomi moodustava DNA pika järjestuse väikesed lõigud. Iga kord, kui rakk replitseerub, replitseeruvad kõigepealt kõik kromosoomid. See on lahtri keskne juhiste komplekt ja iga järglaskonna rakk saab selle koopia. Niisiis, uue geeni juurutamiseks, mis võimaldab rakul toota uut valku, mis annab teatud tunnuse, tuleb lihtsalt sisestada natuke DNA-d ühte pika kromosoomi ahelasse. Pärast sisestamist kantakse DNA edasi tütarrakkudesse, kui nad rakud replitseeruvad nagu kõik teised geenid.

Tegelikult kindel tüüpi DNAd Seda saab säilitada rakkudes kromosoomidest eraldi ja geene saab nende struktuuride abil sisse viia, nii et nad ei integreeru kromosomaalsesse DNA-sse. Kuna raku kromosomaalne DNA on muutunud, ei säilitata selle lähenemisviisi korral pärast mitme replikatsiooni tavaliselt kõigis rakkudes seda lähenemisviisi. Püsivaks ja pärilikuks geneetiliseks muundamiseks, näiteks põllukultuuride töötlemiseks kasutatavateks protsessideks, kasutatakse kromosomaalseid modifikatsioone.

Geenitehnoloogia tähendab lihtsalt uue DNA alusjärjestuse (tavaliselt vastab see tervele geenile) sisestamist organismi kromosomaalsesse DNA-sse. See võib tunduda kontseptuaalselt lihtne, kuid tehniliselt läheb see pisut keerukamaks. Õigete DNA-järjestuste ja õigete signaalide sisestamisse on seotud palju tehnilisi üksikasju kromosoom õiges kontekstis, mis võimaldab rakkudel tuvastada, et see on geen ja kasutada seda uue valmistamiseks valk.

Peaaegu kõigile geenitehnoloogia protseduuridele on ühised neli põhielementi:

1. Esiteks on vaja geeni. See tähendab, et vajate füüsikalist DNA molekuli koos konkreetsete alusjärjestustega. Traditsiooniliselt saadi need järjestused otse organismist, kasutades mõnda mitmest vaevalisest tehnikast. Tänapäeval sünteesivad teadlased organismist DNA ekstraheerimise asemel lihtsalt A-, T-, C- ja G-põhikemikaalidest. Kui see järjestus on saadud, saab selle järjestuse sisestada bakteriaalse DNA tüki, mis sarnaneb väikese kromosoomi (plasmiidiga) ja kuna bakterid replitseeruvad kiiresti, saab teha nii palju geeni kui vaja.
2. Kui geen on olemas, peate selle paigutama parema ümbritseva DNA järjestusega ümbritsetud DNA ahelasse, et rakk saaks seda ära tunda ja ekspresseerida. Põhimõtteliselt tähendab see, et vajate väikest DNA järjestust, mida nimetatakse promootoriks ja mis annab rakule signaali geeni ekspresseerimiseks.
3. Lisaks sisestatavale põhigeenile on markeri või valiku saamiseks sageli vaja teist geeni. See teine ​​geen on sisuliselt vahend, mida kasutatakse geeni sisaldavate rakkude tuvastamiseks.
4. Lõpuks on vaja meetodit uue DNA (st promootori, uue geeni ja selektsioonimarkeri) kohaletoimetamiseks organismi rakkudesse. Selleks on mitmeid viise. Taimede puhul on minu lemmik geenipüstol lähenemisviis, mis kasutab modifitseeritud 22 vintpüssi DNA-ga kaetud volframi või kulla osakeste tulistamiseks rakkudesse.

Loomarakkudega on mitmeid transfektsioonireaktiivid see katab või komplekseerib DNA ja võimaldab sellel läbi rakumembraanide liikuda. Samuti on tavaline, et DNA on splaissitud koos modifitseeritud viiruse DNA et seda saab kasutada geenivektorina geeni kandmiseks rakkudesse. Modifitseeritud viiruse DNA võib kapseldada tavaliste viirusvalkudega, et saada pseudoviirus, mis võib nakatada rakke ja sisestada geeni kandva DNA, kuid ei replitseeru uue viiruse saamiseks.

Paljude kaheiduleheliste taimede korral saab geeni paigutada Agrobacterium tumefaciens bakterite T-DNA kandja modifitseeritud variandisse. On ka mõned muud lähenemisviisid. Kuid enamiku puhul võtab geeni vaid vähesed rakud, muutes konstrueeritud rakkude valiku selle protsessi kriitiliseks osaks. Seetõttu on tavaliselt vajalik selektsiooni- või markergeen.

GMO on miljonite rakkudega organism ja ülaltoodud tehnika kirjeldab tõesti ainult seda, kuidas üksikuid rakke geneetiliselt muundada. Terve organismi genereerimise protsess hõlmab sisuliselt nende geenitehnoloogia tehnikate kasutamist sugurakkudel (st sperma- ja munarakkudel). Kui võtmegeen on sisestatud, kasutatakse ülejäänud protsessis geneetiliselt aretusmeetodeid taimede või loomade tootmiseks, mis sisaldavad uut geeni kõigis keharakkudes. Geenitehnoloogia on tegelikult lihtsalt rakkudele tehtud. Bioloogia teeb ülejäänu.