Un gene, dal punto di vista biochimico di base, è un segmento di acido desossiribonucleico (DNA) all'interno di ogni cellula di un organismo che trasporta il codice genetico per assemblare un particolare prodotto proteico. A un livello più funzionale e dinamico, i geni determinano quali sono gli organismi - animali, piante, funghi e persino batteri - e in cosa sono destinati a svilupparsi.
Mentre il comportamento dei geni è influenzato da fattori ambientali (ad es. , nutrizione) e anche da altri geni, la composizione del tuo materiale genetico determina in modo schiacciante quasi tutto ciò che riguarda te, visibile e invisibile, dalle dimensioni del tuo corpo alla risposta a invasori microbici, allergeni e altri agenti esterni.
La capacità di cambiare, modificare o ingegnerizzare i geni in modi specifici introdurrebbe quindi l'opzione di essere in grado di creare organismi su misura squisitamente - compresi gli esseri umani - usando determinate combinazioni di DNA note per contenere determinati geni.
Il processo di alterando il genotipo Gli sviluppi associati sono cresciuti in entrambe le emozioni alla prospettiva di migliorare la salute umana e qualità della vita e una miriade di questioni etiche spinose ed inevitabili su vari fronti. La modifica genetica è qualsiasi processo attraverso il quale i geni vengono manipolati, cambiati, cancellati o adattati al fine di amplificare , cambia o regola una certa caratteristica di un organismo. È la manipolazione dei tratti a livello assoluto di radice - o cellulare - Considera la differenza tra lo styling di routine dei tuoi capelli in un certo modo e la possibilità di controllare il colore, la lunghezza e la disposizione generale dei tuoi capelli (ad es. dritto contro ricci) senza usare alcun prodotto per la cura dei capelli, basandosi invece sul dare ai componenti invisibili delle istruzioni del tuo corpo riguardo a come ottenere e garantire il risultato cosmetico desiderato, e si ottiene un'idea di ciò che riguarda la modificazione genetica. Poiché tutti gli organismi viventi contengono DNA, l'ingegneria genetica può essere eseguita su tutti gli organismi, dai batteri alle piante agli esseri umani. Mentre leggi questo, il campo dell'ingegneria genetica sta fiorendo con nuove possibilità e pratiche nei settori dell'agricoltura, della medicina, della produzione e di altri regni. È importante capire la differenza tra i geni che cambiano letteralmente e il comportamento in w ay che sfrutta un gene esistente. Molti geni non operano indipendentemente dall'ambiente in cui vive l'organismo genitore. Abitudini alimentari, stress di vario genere (p. Es., Malattie croniche, che possono o meno avere una base genetica propria) e altre cose che gli organismi di routine affrontano possono influenzare l'espressione genica o il livello al quale i geni vengono usati per produrre i prodotti proteici per cui codificano. Se vieni da una famiglia di persone che sono geneticamente inclini ad essere più alti e più pesanti della media, e aspiri a una carriera atletica in uno sport che favorisce la forza e le dimensioni come il basket o hockey, puoi sollevare pesi e mangiare una notevole quantità di cibo per massimizzare le tue possibilità di essere il più grande e forte possibile. Ma questo è diverso dal poter inserire nuovi geni nel tuo DNA che praticamente garantiscono un livello prevedibile di crescita muscolare e ossea e, in definitiva, un essere umano con tutti i tratti tipici di una stella dello sport. Esistono molti tipi di tecniche di ingegneria genetica, e non tutte richiede la manipolazione del gene materiale tic che utilizza sofisticate apparecchiature di laboratorio. In effetti, qualsiasi processo che coinvolge la manipolazione attiva e sistematica del pool genetico di un organismo, o la somma dei geni in qualsiasi popolazione che si riproduce per riproduzione (vale a dire, sessualmente), si qualifica come ingegneria genetica. Alcuni di questi processi, ovviamente, sono davvero all'avanguardia della tecnologia. Selezione artificiale: anche chiamata selezione semplice o allevamento selettivo, la selezione artificiale è la scelta di organismi genitori con un genotipo noto per produrre prole in quantità che non si verificherebbero se l'ingegnere fosse la sola natura, o almeno si verificherebbe solo su scale temporali molto più grandi. Quando gli agricoltori o gli allevatori di cani selezionano quali piante o animali allevano per garantire la prole con determinate caratteristiche che gli esseri umani trovano desiderabili per qualche motivo, stanno praticando una forma quotidiana di modificazione genetica. Mutagenesi indotta: questo è l'uso di raggi X o sostanze chimiche per indurre mutazioni (cambiamenti non pianificati, spesso spontanei del DNA) in geni specifici o sequenze di DNA di batteri. Può portare a scoprire varianti geniche che funzionano meglio (o, se necessario, peggio) del gene "normale". Questo processo può aiutare a creare nuove "linee" di organismi. Le mutazioni, sebbene spesso dannose, sono anche la fonte fondamentale della variabilità genetica nella vita sulla Terra. Di conseguenza, inducendoli in gran numero, pur essendo certi di creare popolazioni di organismi meno adatti, aumenta anche la probabilità di una mutazione benefica, che può quindi essere sfruttata per scopi umani utilizzando tecniche aggiuntive. Virale o vettori di plasmidi: gli scienziati possono introdurre un gene in un fagi (un virus che infetta i batteri o i loro parenti procariotici, gli Archaea) o un vettore di plasmidi e quindi posizionare il plasmide o il fagi modificato in altre cellule al fine di introdurre il nuovo gene in quelli cellule. Le applicazioni di questi processi includono l'aumento della resistenza alle malattie, il superamento della resistenza agli antibiotici e il miglioramento della capacità di un organismo di resistere a fattori di stress ambientale come temperature estreme e tossine. In alternativa, l'uso di tali vettori può amplificare una caratteristica esistente invece di crearne una nuova. Utilizzando la tecnologia di allevamento delle piante, una pianta può essere "ordinata" a fiorire più spesso, oppure i batteri possono essere indotti a produrre una proteina o sostanza chimica che normalmente non farebbero. Vettori retrovirali: qui, porzioni di DNA contenenti determinati geni vengono immesse in questi tipi speciali di virus, che trasportano il materiale genetico nelle cellule di un altro organismo. Questo materiale è incorporato nel genoma ospite in modo che possano essere espressi insieme al resto del DNA in quell'organismo. In parole povere, ciò comporta lo schiocco di un filamento di DNA ospite mediante enzimi speciali, inserendo il nuovo gene nello spazio creato dallo snipping e dall'attacco del DNA ad entrambe le estremità del gene al DNA ospite. Tecnologia "Knock in, knock out": come suggerisce il nome, questo tipo di tecnologia consente cancellazione totale o parziale di alcune sezioni di DNA o di determinati geni ("knock out"). Sulla stessa linea, gli ingegneri umani dietro questa forma di modificazione genetica possono scegliere quando e come attivare ("bussare") una nuova sezione di DNA o un nuovo gene. Iniezione di geni in organismi nascenti: L'iniezione di geni o vettori che contengono geni nelle uova (ovociti) può incorporare i nuovi geni nel genoma dell'embrione in via di sviluppo, che sono quindi espressi nell'organismo che alla fine risulta. La clonazione genica Infine, quelle cellule iniziano a leggere e codificare il gene che è stato aggiunto artificialmente al plasmide. Contenuto correlato: definizione, funzione, struttura dell'RNA La clonazione genica comprende quattro passaggi di base. Nel seguente esempio, il tuo obiettivo è produrre una deformazione di E. coli e batteri che si illuminano al buio. (Di solito, naturalmente, questi batteri non possiedono questa proprietà; se lo facessero, luoghi come i sistemi fognari del mondo e molti dei suoi corsi d'acqua naturali assumerebbero un carattere nettamente diverso, dato che E. coli 1. Isolare il DNA desiderato. Innanzitutto, devi trovare o creare un gene che codifichi una proteina con la proprietà richiesta - in questo caso, che brilla al buio. Alcune meduse producono tali proteine e il gene responsabile è stato identificato. Questo gene è chiamato DNA bersaglio 2. Cleave il DNA usando enzimi di restrizione. Queste proteine di cui sopra, chiamate anche endonucleasi di restrizione Alcuni di questi enzimi tagliano direttamente entrambi i filamenti della molecola di DNA, mentre in altri casi fanno un "sfalsamento" tagliare, lasciando scoperte piccole parti di DNA a singolo filamento. Questi ultimi sono chiamati estremità adesive 3. Combina il DNA target e il DNA vettoriale. Adesso metti insieme i due tipi di DNA insieme a un enzima chiamato DNA ligase 4. Introdurre il DNA ricombinante nella cellula ospite. Ora, hai il gene di cui hai bisogno e un mezzo per spostarlo dove appartiene. Esistono diversi modi per farlo, tra cui trasformazione Selezione artificiale: gli allevatori di cani possono selezionare diversi tratti, in particolare il colore del mantello. Se un determinato allevatore di Labrador retriever vede un aumento della domanda per un determinato colore della razza, lui o lei può sistematicamente allevare per il colore in questione. Terapia genica: in una persona con un gene difettoso, una copia del gene funzionante può essere introdotto nelle cellule di quella persona in modo che la proteina richiesta possa essere prodotta usando DNA estraneo. Colture GM: i metodi di agricoltura genetica possono essere usati per creare colture geneticamente modificate (GM) come l'erbicida piante resistenti, colture che producono più frutti rispetto all'allevamento convenzionale, piante GM resistenti al freddo, colture con un raccolto complessivo migliorato, alimenti con un valore nutrizionale più elevato e così via. Più in generale, in nel 21 ° secolo, gli organismi geneticamente modificati (OGM) sono sbocciati in una questione di tasto di scelta rapida nei mercati europei e americani a causa delle preoccupazioni sia sulla sicurezza alimentare che sull'etica degli affari che circondano la modificazione genetica delle colture. Animali geneticamente modificati: Un esempio di Gli alimenti geneticamente modificati nel mondo zootecnico stanno allevando polli che crescono più grandi e più rapidamente per produrre più carne del seno. Le pratiche della tecnologia del DNA ricombinante come queste sollevano preoccupazioni etiche a causa del dolore e del disagio che può causare agli animali. Modifica genetica: un esempio di modifica genica o modifica del genoma è CRISPR In CRISPR, guida l'acido ribonucleico
di un organismo (parlando in parole povere, la somma dei suoi singoli geni) e quindi il suo "progetto" genetico è noto come modificazione genetica
. Chiamato anche ingegneria genetica
, questo tipo di manovre biochimiche si è spostato dal regno della fantascienza alla realtà negli ultimi decenni.
Modifica genetica: definizione
Cosa non è la modifica genetica
Tipi di modificazioni genetiche
Clonazione genica
è un esempio dell'uso dei vettori plasmidici. I plasmidi, che sono pezzi circolari di DNA, vengono estratti da una cellula batterica o di lievito. Gli enzimi di restrizione, che sono proteine che "tagliano" il DNA in punti specifici lungo la molecola, vengono utilizzati per tagliare il DNA, creando un filo lineare dalla molecola circolare. Quindi, il DNA del gene desiderato viene "incollato" nel plasmide, che viene introdotto in altre cellule.
sono prevalenti nel tratto gastrointestinale umano.)
. Allo stesso tempo, è necessario determinare quale plasmide si utilizzerà; questo è il vettore DNA
.
, sono abbondanti nel mondo batterico. In questo passaggio, usi la stessa endonucleasi per tagliare sia il DNA target sia il DNA vettoriale.
, che funziona come un elaborato tipo di colla. Questo enzima inverte il lavoro delle endonucleasi unendo le estremità delle molecole. Il risultato è una chimera
, o un filamento di DNA ricombinante
.
, in cui le cosiddette cellule competenti raccolgono il nuovo DNA e elettroporazione
, in cui viene utilizzato un impulso di elettricità per interrompere brevemente la membrana cellulare per consentire alla molecola di DNA di entrare nella cellula.
Esempi di modifica genetica
o ripetizioni palindromiche brevi interspaziate regolarmente raggruppate
. Questo processo è "preso in prestito" da un metodo usato dai batteri per difendersi dai virus. Implica una modificazione genetica altamente mirata di diverse porzioni del genoma bersaglio.
(gRNA), una molecola con la stessa sequenza del sito bersaglio nel genoma, è combinato nella cellula ospite con un endonucleasi chiamato Cas9. Il gRNA si legherà al sito del DNA bersaglio, trascinando Cas9 con esso. Questa modifica del genoma può comportare il "knock out" di un gene cattivo (come una variante implicata nel causare il cancro) e in alcuni casi consentire al gene cattivo di essere sostituito con una variante desiderabile.
