Genteknologi -Genetic engineering

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Genteknologi, også kaldet genetisk modifikation eller genetisk manipulation, er modifikation og manipulation af en organismes gener ved hjælp af teknologi . Det er et sæt teknologier, der bruges til at ændre den genetiske sammensætning af celler, herunder overførsel af gener inden for og på tværs af artsgrænser for at producere forbedrede eller nye organismer . Nyt DNA opnås ved enten at isolere og kopiere det genetiske materiale af interesse ved hjælp af rekombinante DNA- metoder eller ved kunstig syntetisering af DNA'et. En konstruktion skabes normalt og bruges til at indsætte dette DNA i værtsorganismen. Det første rekombinante DNA-molekyle blev lavet af Paul Berg i 1972 ved at kombinere DNA fra abevirus SV40 med lambdavirus . Ud over at indsætte gener kan processen bruges til at fjerne eller " slå ud " gener. Det nye DNA kan indsættes tilfældigt eller målrettes til en specifik del af genomet .

En organisme, der er genereret gennem genteknologi, anses for at være genetisk modificeret (GM), og den resulterende enhed er en genetisk modificeret organisme (GMO). Den første GMO var en bakterie genereret af Herbert Boyer og Stanley Cohen i 1973. Rudolf Jaenisch skabte det første GM-dyr, da han indsatte fremmed DNA i en mus i 1974. Det første firma, der fokuserede på genteknologi, Genentech, blev grundlagt i 1976 og startede produktionen af ​​menneskelige proteiner. Genmanipuleret human insulin blev produceret i 1978, og insulinproducerende bakterier blev kommercialiseret i 1982. Genmodificeret mad er blevet solgt siden 1994 med frigivelsen af ​​Flavr Savr - tomaten. Flavr Savr blev konstrueret til at have en længere holdbarhed, men de fleste nuværende GM-afgrøder er modificeret for at øge modstanden mod insekter og herbicider. GloFish, den første GMO designet som kæledyr, blev solgt i USA i december 2003. I 2016 blev laks modificeret med et væksthormon solgt.

Genteknologi er blevet anvendt på adskillige områder, herunder forskning, medicin, industriel bioteknologi og landbrug. I forskning bruges GMO'er til at studere genfunktion og ekspression gennem funktionstab, funktionsforøgelse, sporing og ekspressionseksperimenter. Ved at slå gener, der er ansvarlige for visse tilstande, ud, er det muligt at skabe dyremodelorganismer for menneskelige sygdomme. Ud over at producere hormoner, vacciner og andre lægemidler har genteknologi potentialet til at helbrede genetiske sygdomme gennem genterapi . De samme teknikker, der bruges til at fremstille lægemidler, kan også have industrielle anvendelser såsom fremstilling af enzymer til vaskemiddel, oste og andre produkter.

Fremkomsten af ​​kommercialiserede genetisk modificerede afgrøder har givet økonomisk fordel for landmænd i mange forskellige lande, men har også været kilden til det meste af kontroversen omkring teknologien. Dette har været til stede siden dets tidlige brug; de første feltforsøg blev ødelagt af anti-GM-aktivister. Selvom der er en videnskabelig konsensus om, at tilgængelig mad fra GM-afgrøder ikke udgør nogen større risiko for menneskers sundhed end konventionelle fødevarer, er GM-fødevaresikkerhed en førende bekymring hos kritikere. Genflow, indvirkning på ikke-målorganismer, kontrol med fødevareforsyningen og intellektuelle ejendomsrettigheder er også blevet rt som potentielle problemer. Disse bekymringer har ført til udviklingen af ​​en reguleringsramme, som startede i 1975. Det har ført til en international traktat, Cartagena-protokollen om biosikkerhed, der blev vedtaget i 2000. De enkelte lande har udviklet deres egne reguleringssystemer vedrørende GMO'er, med bl.a. mest markante forskelle mellem USA og Europa.

IUPAC definition

Genteknologi : Processen med at indsætte ny genetisk information i eksisterende celler for at modificere en specifik organisme med det formål at ændre dens karakteristika.

Bemærk : Tilpasset fra ref.

Oversigt

Sammenligning af konventionel planteavl med transgen og cisgen genetisk modifikation

Genteknologi er en proces, der ændrer den genetiske struktur af en organisme ved enten at fjerne eller indføre DNA eller modificere eksisterende genetisk materiale in situ. I modsætning til traditionel dyre- og planteavl, som involverer at lave flere krydsninger og derefter selektere for organismen med den ønskede fænotype, tager genteknologi genet direkte fra den ene organisme og leverer det til den anden. Dette er meget hurtigere, kan bruges til at indsætte gener fra enhver organisme (selv dem fra forskellige domæner ) og forhindrer, at andre uønskede gener også tilføjes.

Genteknologi kan potentielt rette op på alvorlige genetiske lidelser hos mennesker ved at erstatte det defekte gen med et fungerende. Det er et vigtigt redskab i forskningen, der gør det muligt at studere specifikke geners funktion. Lægemidler, vacciner og andre produkter er blevet høstet fra organismer, der er udviklet til at producere dem. Der er udviklet afgrøder, der hjælper fødevaresikkerheden ved at øge udbyttet, ernæringsværdien og tolerancen over for miljøbelastninger.

DNA'et kan indføres direkte i værtsorganismen eller i en celle, som derefter fusioneres eller hybridiseres med værten. Dette er afhængigt af rekombinante nukleinsyreteknikker for at danne nye kombinationer af arveligt genetisk materiale efterfulgt af inkorporering af dette materiale enten indirekte gennem et vektorsystem eller direkte gennem mikroinjektion, makroinjektion eller mikroindkapsling .

Genteknologi omfatter normalt ikke traditionel avl, in vitro fertilisering, induktion af polyploidi, mutagenese og cellefusionsteknikker, der ikke bruger rekombinante nukleinsyrer eller en genetisk modificeret organisme i processen. Nogle brede definitioner af genteknologi inkluderer dog selektiv avl . Kloning og stamcelleforskning, selvom det ikke betragtes som genteknologi, er nært beslægtet, og genteknologi kan bruges inden for dem. Syntetisk biologi er en spirende disciplin, der tager genteknologi et skridt videre ved at introducere kunstigt syntetiseret materiale i en organisme.

Planter, dyr eller mikroorganismer, der er blevet ændret gennem gensplning, betegnes som genetisk modificerede organismer eller GMO'er. Hvis genetisk materiale fra en anden art føjes til værten, kaldes den resulterende organisme transgen . Hvis der anvendes genetisk materiale fra samme art eller en art, der naturligt kan yngle med værten, kaldes den resulterende organisme cisgen . Hvis genteknologi bruges til at fjerne genetisk materiale fra målorganismen, kaldes den resulterende organisme en knockout- organisme. I Europa er genetisk modifikation synonymt med genteknologi, mens genetisk modifikation i USA og Canada også kan bruges til at henvise til mere konventionelle avlsmetoder.

Historie

Mennesker har ændret arternes genom i tusinder af år gennem selektiv avl eller kunstig selektion i modsætning til naturlig selektion . For nylig har mutationsavl brugt eksponering for kemikalier eller stråling til at producere en høj frekvens af tilfældige mutationer til selektive avlsformål. Genteknologi som direkte manipulation af DNA af mennesker uden for avl og mutationer har kun eksisteret siden 1970'erne. Udtrykket "genteknologi" blev først opfundet af Jack Williamson i hans science fiction - roman Dragon's Island, udgivet i 1951 - et år før DNA's rolle i arv blev bekræftet af Alfred Hershey og Martha Chase, og to år før James Watson og Francis Crick viste at DNA -molekylet har en dobbelthelix-struktur – selvom det generelle koncept for direkte genetisk manipulation blev udforsket i rudimentær form i Stanley G. Weinbaums science fiction-historie fra 1936 Proteus Island .

I 1974 skabte Rudolf Jaenisch en genetisk modificeret mus, det første genmodificerede dyr.

I 1972 skabte Paul Berg de første rekombinante DNA- molekyler ved at kombinere DNA fra abeviruset SV40 med det fra lambdaviruset . I 1973 skabte Herbert Boyer og Stanley Cohen den første transgene organisme ved at indsætte antibiotikaresistensgener i plasmidet af en Escherichia coli -bakterie. Et år senere skabte Rudolf Jaenisch en transgen mus ved at introducere fremmed DNA i dens embryo, hvilket gjorde den til verdens første transgene dyr . i 1975. En af de vigtigste anbefalinger fra dette møde var, at regeringens tilsyn med rekombinant DNA-forskning skulle etableres, indtil teknologien blev anset for sikker.

I 1976 blev Genentech, det første genteknologiske firma, grundlagt af Herbert Boyer og Robert Swanson, og et år senere producerede virksomheden et humant protein ( somatostatin ) i E. coli . Genentech annoncerede produktionen af ​​gensplet human insulin i 1978. I 1980 afgjorde USA's højesteret i Diamond v. Chakrabarty- sagen, at genetisk ændret liv kunne patenteres. Insulinet produceret af bakterier blev godkendt til frigivelse af Food and Drug Administration (FDA) i 1982.

I 1983 ansøgte et biotekselskab, Advanced Genetic Sciences (AGS) om tilladelse fra den amerikanske regering til at udføre feltforsøg med is-minus-stammen af ​​Pseudomonas syringae for at beskytte afgrøder mod frost, men miljøgrupper og demonstranter forsinkede feltforsøgene i fire år med juridiske udfordringer. I 1987 blev is-minus-stammen af ​​P. syringae den første genetisk modificerede organisme (GMO), der blev frigivet til miljøet, da en jordbærmark og en kartoffelmark i Californien blev sprøjtet med den. Begge testfelter blev angrebet af aktivistgrupper natten før testene fandt sted: "Verdens første forsøgssted tiltrak verdens første field trasher".

De første feltforsøg med gensplede planter fandt sted i Frankrig og USA i 1986, tobaksplanter blev konstrueret til at være resistente over for herbicider . Folkerepublikken Kina var det første land, der kommercialiserede transgene planter, og introducerede en virus-resistent tobak i 1992. I 1994 opnåede Calgene godkendelse til kommercielt at frigive den første genetisk modificerede fødevare, Flavr Savr, en tomat udviklet til at have en længere holdbarhed . I 1994 godkendte Den Europæiske Union tobak, der er fremstillet til at være resistent over for herbicidet bromoxynil, hvilket gør det til den første gensplede afgrøde, der kommercialiseret i Europa. I 1995 blev Bt kartoffel godkendt sikker af Environmental Protection Agency, efter at være blevet godkendt af FDA, hvilket gjorde den til den første pesticidproducerende afgrøde, der blev godkendt i USA. I 2009 blev 11 transgene afgrøder dyrket kommercielt i 25 lande, hvoraf de største efter dyrket areal var USA, Brasilien, Argentina, Indien, Canada, Kina, Paraguay og Sydafrika.

I 2010 skabte forskere ved J. Craig Venter Institute det første syntetiske genom og indsatte det i en tom bakteriecelle. Den resulterende bakterie, kaldet Mycoplasma laboratorium, kunne replikere og producere proteiner. Fire år senere blev dette taget et skridt videre, da der blev udviklet en bakterie, der replikerede et plasmid indeholdende et unikt basepar, hvilket skabte den første organisme, der var konstrueret til at bruge et udvidet genetisk alfabet. I 2012 samarbejdede Jennifer Doudna og Emmanuelle Charpentier om at udvikle CRISPR/Cas9 -systemet, en teknik, som kan bruges til nemt og specifikt at ændre genomet af næsten enhver organisme.

Behandle

Polymerasekædereaktion er et kraftfuldt værktøj, der bruges til molekylær kloning

Oprettelse af en GMO er en proces i flere trin. Geningeniører skal først vælge, hvilket gen de ønsker at indsætte i organismen. Dette er drevet af, hvad målet er for den resulterende organisme og er bygget på tidligere forskning. Genetiske screeninger kan udføres for at bestemme potentielle gener og yderligere test kan derefter bruges til at identificere de bedste kandidater. Udviklingen af ​​mikroarrays, transkriptomik og genomsekventering har gjort det meget lettere at finde egnede gener. Heldet spiller også sin rolle; Roundup Ready -genet blev opdaget, efter at forskere bemærkede en bakterie, der trivedes i nærvær af ukrudtsmidlet .

Genisolering og kloning

Det næste trin er at isolere kandidatgenet. Cellen , der indeholder genet, åbnes, og DNA'et renses. Genet adskilles ved at bruge restriktionsenzymer til at skære DNA'et i fragmenter eller polymerasekædereaktion (PCR) for at amplificere gensegmentet. Disse segmenter kan derefter ekstraheres gennem gelelektroforese . Hvis det valgte gen eller donororganismens genom er blevet grundigt undersøgt, kan det allerede være tilgængeligt fra et genetisk bibliotek . Hvis DNA-sekvensen er kendt, men ingen kopier af genet er tilgængelige, kan det også syntetiseres kunstigt . Når det er isoleret, ligeres genet ind i et plasmid, der derefter indsættes i en bakterie. Plasmidet replikeres, når bakterierne deler sig, hvilket sikrer ubegrænsede kopier af genet tilgængelige. RK2-plasmidet er bemærkelsesværdigt for dets evne til at replikere i en lang række enkeltcellede organismer, hvilket gør det velegnet som et genteknologisk værktøj.

Før genet indsættes i målorganismen, skal det kombineres med andre genetiske elementer. Disse omfatter en promotor- og terminatorregion, som initierer og afslutter transkription . Der tilføjes et selekterbart markørgen, som i de fleste tilfælde giver antibiotikaresistens, så forskerne nemt kan bestemme, hvilke celler der er blevet transformeret med succes. Genet kan også modificeres på dette stadium for bedre ekspression eller effektivitet. Disse manipulationer udføres under anvendelse af rekombinante DNA- teknikker, såsom restriktionsfordøjelser, ligeringer og molekylær kloning.

Indsættelse af DNA i værtsgenomet

En genpistol bruger biolistik til at indsætte DNA i plantevæv

Der er en række teknikker, der bruges til at indsætte genetisk materiale i værtsgenomet. Nogle bakterier kan naturligt optage fremmed DNA . Denne evne kan induceres i andre bakterier via stress (f.eks. termisk eller elektrisk stød), hvilket øger cellemembranens permeabilitet for DNA; optaget DNA kan enten integreres med genomet eller eksistere som ekstrakromosomalt DNA . DNA indsættes generelt i dyreceller ved hjælp af mikroinjektion, hvor det kan injiceres gennem cellens nukleare kappe direkte ind i kernen eller ved brug af virale vektorer .

Plantegenomer kan konstrueres ved fysiske metoder eller ved anvendelse af Agrobacterium til levering af sekvenser hostet i binære T-DNA-vektorer . I planter indsættes DNA'et ofte ved hjælp af Agrobacterium - medieret transformation, idet man udnytter Agrobacteriums T-DNA- sekvens, der tillader naturlig indsættelse af genetisk materiale i planteceller. Andre metoder omfatter biolistik, hvor partikler af guld eller wolfram er belagt med DNA og derefter skudt ind i unge planteceller, og elektroporation, som involverer brug af et elektrisk stød for at gøre cellemembranen permeabel for plasmid-DNA.

Da kun en enkelt celle transformeres med genetisk materiale, skal organismen regenereres fra den enkelte celle. I planter opnås dette ved brug af vævskultur . Hos dyr er det nødvendigt at sikre, at det indsatte DNA er til stede i de embryonale stamceller . Bakterier består af en enkelt celle og formerer sig klonalt, så regenerering er ikke nødvendig. Selekterbare markører bruges til let at differentiere transformerede fra utransformerede celler. Disse markører er sædvanligvis til stede i den transgene organisme, selvom der er udviklet en række strategier, der kan fjerne den selekterbare markør fra den modne transgene plante.

A. tumefaciens binder sig til en gulerodscelle

Yderligere test ved hjælp af PCR, Southern hybridisering og DNA-sekventering udføres for at bekræfte, at en organisme indeholder det nye gen. Disse tests kan også bekræfte kromosomplaceringen og kopinummeret af det indsatte gen. Tilstedeværelsen af ​​genet garanterer ikke, at det vil blive udtrykt på passende niveauer i målvævet, så metoder, der leder efter og måler genprodukterne (RNA og protein), anvendes også. Disse omfatter northern hybridisering, kvantitativ RT-PCR, Western blot, immunfluorescens, ELISA og fænotypisk analyse.

Det nye genetiske materiale kan indsættes tilfældigt i værtsgenomet eller målrettes til et specifikt sted. Teknikken til genmålretning bruger homolog rekombination til at foretage ønskede ændringer af et specifikt endogent gen. Dette har en tendens til at forekomme med en relativt lav frekvens hos planter og dyr og kræver generelt brug af valgbare markører . Hyppigheden af ​​genmålretning kan øges betydeligt gennem genomredigering . Genom redigering bruger kunstigt konstruerede nukleaser, der skaber specifikke dobbeltstrengede brud på ønskede steder i genomet og bruger cellens endogene mekanismer til at reparere det inducerede brud af de naturlige processer af homolog rekombination og ikke-homolog endesammenføjning . Der er fire familier af konstruerede nukleaser: meganukleaser, zinkfingernukleaser, transkriptionsaktivatorlignende effektornukleaser (TALEN'er) og Cas9-guideRNA-systemet (tilpasset fra CRISPR ). TALEN og CRISPR er de to mest brugte og har hver sine fordele. TALENs har større målspecificitet, mens CRISPR er nemmere at designe og mere effektivt. Ud over at forbedre gen-targeting kan manipulerede nukleaser bruges til at introducere mutationer i endogene gener, der genererer en gen-knockout .

Ansøgninger

Genteknologi har anvendelser inden for medicin, forskning, industri og landbrug og kan bruges på en lang række planter, dyr og mikroorganismer. Bakterier, de første organismer, der er genetisk modificerede, kan få indsat plasmid-DNA indeholdende nye gener, der koder for medicin eller enzymer, der behandler fødevarer og andre substrater . Planter er blevet modificeret til insektbeskyttelse, herbicidresistens, virusresistens, forbedret ernæring, tolerance over for miljøbelastninger og produktion af spiselige vacciner . De fleste kommercialiserede GMO'er er insektresistente eller herbicidtolerante afgrødeplanter. Genmodificerede dyr er blevet brugt til forskning, modeldyr og produktion af landbrugs- eller farmaceutiske produkter. De genetisk modificerede dyr omfatter dyr med gener slået ud, øget modtagelighed for sygdom, hormoner til ekstra vækst og evnen til at udtrykke proteiner i deres mælk.

Medicin

Genteknologi har mange anvendelser til medicin, der inkluderer fremstilling af lægemidler, skabelse af modeldyr, der efterligner menneskelige forhold og genterapi . En af de tidligste anvendelser af genteknologi var at masseproducere human insulin i bakterier. Denne applikation er nu blevet anvendt på humane væksthormoner, follikelstimulerende hormoner (til behandling af infertilitet), humant albumin, monoklonale antistoffer, antihæmofile faktorer, vacciner og mange andre lægemidler. Musehybridomer, celler fusioneret sammen for at skabe monoklonale antistoffer, er blevet tilpasset gennem genteknologi til at skabe humane monoklonale antistoffer. Der udvikles gensplede vira, som stadig kan give immunitet, men som mangler de infektiøse sekvenser .

Genteknologi bruges også til at skabe dyremodeller af menneskelige sygdomme. Genmodificerede mus er den mest almindelige gensplede dyremodel. De er blevet brugt til at studere og modellere kræft (den oncomouse ), fedme, hjertesygdomme, diabetes, gigt, stofmisbrug, angst, aldring og Parkinsons sygdom. Potentielle kure kan testes mod disse musemodeller.

Genterapi er gensplning af mennesker, generelt ved at erstatte defekte gener med effektive. Klinisk forskning ved hjælp af somatisk genterapi er blevet udført med flere sygdomme, herunder X-bundet SCID, kronisk lymfatisk leukæmi (CLL) og Parkinsons sygdom . I 2012 blev Alipogene tiparvovec den første genterapibehandling, der blev godkendt til klinisk brug. I 2015 blev en virus brugt til at indsætte et sundt gen i hudcellerne på en dreng, der led af en sjælden hudsygdom, epidermolysis bullosa, for at vokse og derefter pode sund hud på 80 procent af drengens krop, som var påvirket af sygdom.

Germline -genterapi ville resultere i, at enhver ændring er arvelig, hvilket har givet anledning til bekymring i det videnskabelige samfund. I 2015 blev CRISPR brugt til at redigere DNA'et fra ikke-levedygtige menneskelige embryoner, hvilket førte til, at videnskabsmænd fra store verdensakademier opfordrede til et moratorium for arvelige redigeringer af humant genom. Der er også bekymring for, at teknologien ikke kun kan bruges til behandling, men til forbedring, modifikation eller ændring af et menneskes udseende, tilpasningsevne, intelligens, karakter eller adfærd. Sondringen mellem helbredelse og forbedring kan også være vanskelig at fastslå. I november 2018 annoncerede He Jiankui, at han havde redigeret genomerne af to menneskelige embryoner for at forsøge at deaktivere CCR5 -genet, som koder for en receptor, som HIV bruger til at trænge ind i celler. Arbejdet blev bredt fordømt som uetisk, farligt og for tidligt. I øjeblikket er modifikation af kønsceller forbudt i 40 lande. Forskere, der laver denne type forskning, vil ofte lade embryoner vokse i et par dage uden at lade det udvikle sig til en baby.

Forskere ændrer grises genom for at fremkalde vækst af menneskelige organer med det formål at øge succesen med transplantation af svin til menneskelige organer . Forskere skaber "gendrev", ændrer myggenes genom for at gøre dem immune over for malaria, og søger derefter at sprede de genetisk ændrede myg i hele mygpopulationen i håb om at eliminere sygdommen.

Forskning

Humane celler, hvor nogle proteiner er fusioneret med grønt fluorescerende protein for at tillade dem at blive visualiseret

Genteknologi er et vigtigt værktøj for naturforskere, med skabelsen af ​​transgene organismer et af de vigtigste værktøjer til analyse af genfunktion. Gener og anden genetisk information fra en lang række organismer kan indsættes i bakterier til opbevaring og modifikation, hvilket skaber genetisk modificerede bakterier i processen. Bakterier er billige, nemme at dyrke, klonale, formere sig hurtigt, relativt lette at transformere og kan opbevares ved -80 °C næsten på ubestemt tid. Når først et gen er isoleret, kan det opbevares inde i bakterierne, hvilket giver en ubegrænset forsyning til forskning.

Organismer er gensplet til at opdage funktionerne af visse gener. Det kan være effekten på organismens fænotype, hvor genet kommer til udtryk eller hvilke andre gener det interagerer med. Disse eksperimenter involverer generelt funktionstab, funktionsforøgelse, sporing og udtryk.

  • Tab af funktionseksperimenter, såsom i et gen-knockout- eksperiment, hvor en organisme er konstrueret til at mangle aktiviteten af ​​et eller flere gener. I en simpel knockout er en kopi af det ønskede gen blevet ændret for at gøre det ikke-funktionelt. Embryonale stamceller inkorporerer det ændrede gen, som erstatter den allerede eksisterende funktionelle kopi. Disse stamceller injiceres i blastocyster, som implanteres i surrogatmødre. Dette giver forsøgslederen mulighed for at analysere de defekter forårsaget af denne mutation og derved bestemme rollen af ​​bestemte gener. Det bruges især hyppigt i udviklingsbiologi . Når dette gøres ved at skabe et bibliotek af gener med punktmutationer på hver position i interesseområdet, eller endda hver position i hele genet, kaldes dette "scanningsmutagenese". Den enkleste metode, og den første, der skal bruges, er "alanin-scanning", hvor hver position igen er muteret til den ikke-reaktive aminosyre alanin .
  • Gain of function experiments, det logiske modstykke til knockouts. Disse udføres nogle gange i forbindelse med knockout-eksperimenter for mere fint at fastslå funktionen af ​​det ønskede gen. Processen er meget den samme som i knockout-teknik, bortset fra at konstruktionen er designet til at øge funktionen af ​​genet, normalt ved at tilvejebringe ekstra kopier af genet eller inducere syntese af proteinet oftere. Funktionsforøgelse bruges til at fortælle, om et protein er tilstrækkeligt til en funktion eller ej, men betyder ikke altid, at det er påkrævet, især når det drejer sig om genetisk eller funktionel redundans.
  • Sporingseksperimenter, som søger at få information om lokaliseringen og interaktionen af ​​det ønskede protein. En måde at gøre dette på er at erstatte vildtype-genet med et 'fusions'-gen, som er en sammenstilling af vildtype-genet med et rapporteringselement såsom grønt fluorescerende protein (GFP), der vil muliggøre let visualisering af produkterne af den genetiske modifikation. Selvom dette er en nyttig teknik, kan manipulationen ødelægge genets funktion, skabe sekundære effekter og muligvis sætte spørgsmålstegn ved eksperimentets resultater. Mere sofistikerede teknikker er nu under udvikling, der kan spore proteinprodukter uden at formindske deres funktion, såsom tilføjelse af små sekvenser, der vil tjene som bindende motiver til monoklonale antistoffer.
  • Ekspressionsundersøgelser har til formål at opdage, hvor og hvornår specifikke proteiner produceres. I disse eksperimenter genindføres DNA-sekvensen før det DNA, der koder for et protein, kendt som et gens promotor, i en organisme med proteinkodende region erstattet af et reportergen såsom GFP eller et enzym, der katalyserer produktionen af ​​et farvestof . Således kan tidspunktet og stedet, hvor et bestemt protein produceres, observeres. Ekspressionsundersøgelser kan tages et skridt videre ved at ændre promotoren for at finde ud af, hvilke stykker der er afgørende for den korrekte ekspression af genet og faktisk er bundet af transkriptionsfaktorproteiner; denne proces er kendt som promoter bashing .

Industriel

Produkter af genteknologi

Organismer kan få deres celler transformeret med et gen, der koder for et nyttigt protein, såsom et enzym, så de vil overudtrykke det ønskede protein. Massemængder af proteinet kan derefter fremstilles ved at dyrke den transformerede organisme i bioreaktorudstyr ved brug af industriel fermentering og derefter oprense proteinet. Nogle gener fungerer ikke godt i bakterier, så gær, insektceller eller pattedyrsceller kan også bruges. Disse teknikker bruges til at producere medicin såsom insulin, humant væksthormon og vacciner, kosttilskud såsom tryptofan, hjælp til produktion af mad ( chymosin i ostefremstilling) og brændstoffer. Andre anvendelser med gensplede bakterier kunne involvere at få dem til at udføre opgaver uden for deres naturlige cyklus, såsom fremstilling af biobrændstoffer, oprydning af olieudslip, kulstof og andet giftigt affald og påvisning af arsen i drikkevand. Visse genetisk modificerede mikrober kan også bruges i biomining og bioremediering på grund af deres evne til at udvinde tungmetaller fra deres miljø og inkorporere dem i forbindelser, der er lettere at genvinde.

Inden for materialevidenskab er en genetisk modificeret virus blevet brugt i et forskningslaboratorium som et stillads til at samle et mere miljøvenligt lithium-ion-batteri . Bakterier er også blevet konstrueret til at fungere som sensorer ved at udtrykke et fluorescerende protein under visse miljøforhold.

Landbrug

Bt-toksiner, der findes i jordnøddeblade (nederste billede) beskytter det mod omfattende skader forårsaget af mindre mstængelborerlarver ( øverste billede).

En af de mest kendte og kontroversielle anvendelser af genteknologi er skabelsen og brugen af ​​genetisk modificerede afgrøder eller genetisk modificerede husdyr til at producere genetisk modificerede fødevarer . Afgrøder er blevet udviklet til at øge produktionen, øge tolerancen over for abiotisk stress, ændre sammensætningen af ​​fødevaren eller til at producere nye produkter.

De første afgrøder, der blev frigivet kommercielt i stor skala, gav beskyttelse mod skadedyr eller tolerance over for herbicider . Svampe- og virusresistente afgrøder er også blevet udviklet eller er under udvikling. Dette gør insekt- og ukrudtshåndteringen af ​​afgrøder lettere og kan indirekte øge afgrødeudbyttet. GM-afgrøder, der direkte forbedrer udbyttet ved at accelerere væksten eller gøre planten mere hårdfør (ved at forbedre salt-, kulde- eller tørketolerancen), er også under udvikling. I 2016 er laks blevet genetisk modificeret med væksthormoner for at nå normal voksenstørrelse meget hurtigere.

Der er udviklet GMO'er, der ændrer kvaliteten af ​​produkterne ved at øge næringsværdien eller give mere industrielt nyttige kvaliteter eller mængder. Amflora kartoflen producerer en mere industrielt anvendelig blanding af stivelser. Sojabønner og raps er blevet genetisk modificeret til at producere mere sunde olier. Den første kommercialiserede GM-mad var en tomat, der havde forsinket modningen, hvilket øgede dens holdbarhed .

Planter og dyr er blevet konstrueret til at producere materialer, de normalt ikke fremstiller. Pharming bruger afgrøder og dyr som bioreaktorer til at producere vacciner, lægemiddelmellemprodukter eller selve stofferne; det nyttige produkt renses fra høsten og anvendes derefter i den farmaceutiske standardproduktionsproces. Køer og geder er blevet konstrueret til at udtrykke lægemidler og andre proteiner i deres mælk, og i 2009 godkendte FDA et lægemiddel fremstillet i gedemælk.

Andre applikationer

Genteknologi har potentielle anvendelser inden for bevaring og naturområdeforvaltning. Genoverførsel gennem virale vektorer er blevet foreslået som et middel til at kontrollere invasive arter såvel som til at vaccinere truet fauna fra sygdom. Transgene træer er blevet foreslået som en måde at give resistens over for patogener i vilde populationer. Med de stigende risici for fejltilpasning i organismer som følge af klimaændringer og andre forstyrrelser, kunne lettet tilpasning gennem genjustering være en løsning til at reducere udryddelsesrisici. Anvendelser af gensplning inden for bevaring er indtil videre for det meste teoretiske og mangler endnu at blive omsat i praksis.

Genteknologi bliver også brugt til at skabe mikrobiel kunst . Nogle bakterier er blevet gensplet til at skabe sort-hvide fotografier. Nyhedsgenstande såsom lavendelfarvede nelliker, blå roser og glødende fisk er også blevet produceret gennem genteknologi.

Regulering

Reguleringen af ​​genteknologi vedrører de tilgange, som regeringerne tager for at vurdere og styre risiciene forbundet med udvikling og frigivelse af GMO'er. Udviklingen af ​​en reguleringsramme begyndte i 1975 i Asilomar, Californien. Asilomar-mødet anbefalede et sæt frivillige retningslinjer vedrørende brugen af ​​rekombinant teknologi. Efterhånden som teknologien blev forbedret, oprettede USA en komité ved Office of Science and Technology, som tildelte regulatorisk godkendelse af GM-fødevarer til USDA, FDA og EPA. Cartagena - protokollen om biosikkerhed, en international traktat, der regulerer overførsel, håndtering og brug af GMO'er, blev vedtaget den 29. januar 2000. Et hundrede og 57 lande er medlemmer af protokollen, og mange bruger den som referencepunkt for deres egne regler.

Den juridiske og regulatoriske status for GM-fødevarer varierer fra land til land, hvor nogle nationer forbyder eller begrænser dem, og andre tillader dem med vidt forskellige grader af regulering. Nogle lande tillader import af GM-fødevarer med tilladelse, men tillader enten ikke dyrkning af dem (Rusland, Norge, Israel) eller har bestemmelser om dyrkning, selvom der endnu ikke er produceret GM-produkter (Japan, Sydkorea). De fleste lande, der ikke tillader GMO-dyrkning, tillader forskning. Nogle af de mest markante forskelle forekommer mellem USA og Europa. Den amerikanske politik fokuserer på produktet (ikke processen), ser kun på verificerbare videnskabelige risici og bruger begrebet væsentlig ækvivalens . Den Europæiske Union har derimod muligvis de strengeste GMO-regler i verden. Alle GMO'er, sammen med bestrålede fødevarer, betragtes som "nye fødevarer" og er underlagt omfattende, fra sag til sag, videnskabsbaseret fødevareevaluering af Den Europæiske Fødevaresikkerhedsautoritet . Kriterierne for godkendelse falder i fire brede kategorier: "sikkerhed", "valgfrihed", "mærkning" og "sporbarhed". Reguleringsniveauet i andre lande, der dyrker GMO'er, ligger mellem Europa og USA.

Tilsynsmyndigheder efter geografisk region
Område Regulatorer Noter
OS USDA, FDA og EPA
Europa Den Europæiske Fødevaresikkerhedsautoritet
Canada Health Canada og Canadian Food Inspection Agency Regulerede produkter med nye funktioner uanset oprindelsesmetode
Afrika Fælles marked for det østlige og sydlige Afrika Den endelige beslutning ligger hos hvert enkelt land.
Kina Kontoret for Agricultural Genetic Engineering Biosafety Administration
Indien Institutional Biosafety Committee, Review Committee on Genetic Manipulation and Genetic Engineering Approval Committee
Argentina National Agricultural Biotechnology Advisory Committee (miljøpåvirkning), National Service of Health and Agrifood Quality (fødevaresikkerhed) og National Agribusiness Direction (påvirkning af handel) Endelig beslutning truffet af Sekretariatet for Landbrug, Husdyr, Fiskeri og Fødevarer.
Brasilien National Biosafety Technical Commission (miljø- og fødevaresikkerhed) og Ministerrådet (kommercielle og økonomiske spørgsmål)
Australien Office of the Gene Technology Regulator (overvåger alle GM-produkter), Therapeutic Goods Administration (GM-medicin) og Food Standards Australia New Zealand (GM-fødevarer). De enkelte delstatsregeringer kan derefter vurdere virkningen af ​​frigivelse på markeder og handel og anvende yderligere lovgivning for at kontrollere godkendte genetisk modificerede produkter.

Et af de vigtigste spørgsmål vedrørende tilsynsmyndigheder er, om GM-produkter skal mærkes. Europa -Kommissionen siger, at obligatorisk mærkning og sporbarhed er nødvendig for at give mulighed for informeret valg, undgå potentiel falsk reklame og lette tilbagetrækningen af ​​produkter, hvis der opdages skadelige virkninger på sundheden eller miljøet. American Medical Association og American Association for the Advancement of Science siger, at fraværende videnskabelige beviser for skade, selv frivillig mærkning, er vildledende og vil fejlagtigt alarmere forbrugerne. Mærkning af GMO-produkter på markedspladsen er påkrævet i 64 lande. Mærkning kan være obligatorisk op til et tærskelniveau for GM-indhold (som varierer fra land til land) eller frivillig. I Canada og USA er mærkning af GM-fødevarer frivillig, mens i Europa skal alle fødevarer (inklusive forarbejdede fødevarer ) eller foder, der indeholder mere end 0,9 % af godkendte GMO'er, mærkes.

Kontrovers

Kritikere har gjort indsigelse mod brugen af ​​genteknologi af flere grunde, herunder etiske, økologiske og økonomiske bekymringer. Mange af disse bekymringer involverer GM-afgrøder, og om fødevarer produceret af dem er sikre, og hvilken indvirkning det vil have på miljøet at dyrke dem. Disse kontroverser har ført til retssager, internationale handelskonflikter og protester og til restriktiv regulering af kommercielle produkter i nogle lande.

Beskyldninger om, at videnskabsmænd " leger Gud " og andre religiøse spørgsmål er blevet tilskrevet teknologien fra begyndelsen. Andre etiske spørgsmål, der res, omfatter patentering af liv, brugen af ​​intellektuelle ejendomsrettigheder, niveauet for mærkning af produkter, kontrol med fødevareforsyningen og objektiviteten i reguleringsprocessen. Selvom der er blevet rt tvivl, har de fleste undersøgelser økonomisk set, at dyrkning af GM-afgrøder er gavnligt for landmændene.

Genstrømning mellem GM-afgrøder og kompatible planter kan sammen med øget brug af selektive herbicider øge risikoen for udvikling af " superukrudt ". Andre miljømæssige bekymringer involverer potentielle påvirkninger på ikke-målorganismer, herunder jordmikrober, og en stigning i sekundære og resistente skadedyr. Mange af miljøpåvirkningerne vedrørende GM-afgrøder kan tage mange år at blive forstået og er også tydelige i konventionel landbrugspraksis. Med kommercialiseringen af ​​genetisk modificerede fisk er der bekymring for, hvad de miljømæssige konsekvenser vil være, hvis de slipper ud.

Der er tre hovedproblemer med hensyn til sikkerheden ved genetisk modificerede fødevarer: om de kan fremkalde en allergisk reaktion ; om generne kunne overføres fra maden til menneskelige celler; og om de gener, der ikke er godkendt til konsum, kan krydse ud til andre afgrøder. Der er en videnskabelig konsensus om, at tilgængelige fødevarer afledt af GM-afgrøder ikke udgør nogen større risiko for menneskers sundhed end konventionel mad, men at hver GM-fødevare skal testes fra sag til sag før introduktion. Ikke desto mindre er det mindre sandsynligt, at medlemmer af offentligheden end forskere opfatter genmodificerede fødevarer som sikre.

I populærkulturen

Genteknologi findes i mange science fiction- historier. Frank Herberts roman The White Plague beskriver den bevidste brug af genteknologi til at skabe et patogen, som specifikt dræber kvinder. En anden af ​​Herberts kreationer, Dune -serien af ​​romaner, bruger genteknologi til at skabe den kraftfulde Tleilaxu . Få film har informeret publikum om genteknologi, med undtagelse af The Boys from Brazil fra 1978 og 1993 Jurassic Park, som begge gør brug af en lektion, en demonstration og et klip af videnskabelig film. Genteknologiske metoder er svagt repræsenteret i film; Michael Clark, der skriver for Wellcome Trust, kalder portrætteringen af ​​genteknologi og bioteknologi "alvorligt forvrænget" i film som The 6th Day . I Clarks opfattelse får bioteknologien typisk "fantastiske, men visuelt arresterende former", mens videnskaben enten er henvist til baggrunden eller fiktionaliseret, så den passer til et ungt publikum.

I videospillet fra 2007, BioShock, spiller genteknologi en vigtig rolle i den centrale historie og universet. Spillet foregår i den fiktive undervandsdystopi Rapture, hvor dens indbyggere besidder genetiske overmenneskelige evner efter at have injiceret sig selv med "plasmider", et serum, der giver sådanne kræfter. Også i byen Rapture er "Little Sisters", små piger, der er generisk manipuleret, samt et sideplot, hvor en kabaretsangerinde sælger sit foster til genetiske videnskabsmænd, der implanterer falske minder i den nyfødte og genmanipulerer det til at vokse. til en voksen.

Se også

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links