Genteknik -Genetic engineering

Från Wikipedia, den fria encyklopedin

Genteknik, även kallad genetisk modifiering eller genetisk manipulation, är modifiering och manipulation av en organisms gener med hjälp av teknologi . Det är en uppsättning teknologier som används för att förändra den genetiska sammansättningen av celler, inklusive överföring av gener inom och över artgränser för att producera förbättrade eller nya organismer . Nytt DNA erhålls genom att antingen isolera och kopiera det genetiska materialet av intresse med användning av rekombinanta DNA- metoder eller genom att artificiellt syntetisera DNA:t. En konstruktion skapas vanligtvis och används för att infoga detta DNA i värdorganismen. Den första rekombinanta DNA-molekylen gjordes av Paul Berg 1972 genom att kombinera DNA från apviruset SV40 med lambdaviruset . Förutom att infoga gener kan processen användas för att ta bort eller " slå ut " gener. Det nya DNA:t kan infogas slumpmässigt eller riktas mot en specifik del av genomet .

En organism som genereras genom genteknik anses vara genetiskt modifierad (GM) och den resulterande enheten är en genetiskt modifierad organism (GMO). Den första GMO var en bakterie som genererades av Herbert Boyer och Stanley Cohen 1973. Rudolf Jaenisch skapade det första genetiskt modifierade djuret när han satte in främmande DNA i en mus 1974. Det första företaget som fokuserade på genteknik, Genentech, grundades 1976 och startade produktionen av mänskliga proteiner. Genmanipulerat humaninsulin producerades 1978 och insulinproducerande bakterier kommersialiserades 1982. Genmodifierad mat har sålts sedan 1994, med lanseringen av Flavr Savr- tomaten. Flavr Savr konstruerades för att ha en längre hållbarhet, men de flesta nuvarande GM-grödor är modifierade för att öka motståndskraften mot insekter och herbicider. GloFish, den första GMO designad som husdjur, såldes i USA i december 2003. 2016 såldes lax modifierad med ett tillväxthormon.

Genteknik har tillämpats inom många områden inklusive forskning, medicin, industriell bioteknik och jordbruk. Inom forskning används GMO för att studera genfunktion och uttryck genom funktionsförlust, funktionsförstärkning, spårning och expressionsexperiment. Genom att slå ut gener som är ansvariga för vissa tillstånd är det möjligt att skapa djurmodellorganismer av mänskliga sjukdomar. Förutom att producera hormoner, vacciner och andra läkemedel har genteknik potential att bota genetiska sjukdomar genom genterapi . Samma tekniker som används för att framställa läkemedel kan också ha industriella tillämpningar som att producera enzymer för tvättmedel, ostar och andra produkter.

Ökningen av kommersialiserade genetiskt modifierade grödor har gett ekonomiska fördelar för bönder i många olika länder, men har också varit källan till det mesta av kontroversen kring tekniken. Detta har funnits sedan dess tidiga användning; de första fältförsöken förstördes av anti-GM-aktivister. Även om det finns en vetenskaplig konsensus om att livsmedel som härrör från GM-grödor för närvarande inte utgör någon större risk för människors hälsa än konventionella livsmedel, är GM-matsäkerhet ett ledande bekymmer bland kritiker. Genflöde, påverkan på icke-målorganismer, kontroll av livsmedelsförsörjningen och immateriella rättigheter har också tagits upp som potentiella frågor. Dessa farhågor har lett till utvecklingen av ett regelverk, som startade 1975. Det har lett till ett internationellt fördrag, Cartagenaprotokollet om biosäkerhet, som antogs 2000. Enskilda länder har utvecklat sina egna regleringssystem för GMO, med mest markanta skillnaderna mellan USA och Europa.

IUPAC definition

Genteknik : Process för att infoga ny genetisk information i befintliga celler för att modifiera en specifik organism i syfte att ändra dess egenskaper.

Obs : Anpassad från ref.

Översikt

Jämförelse av konventionell växtförädling med transgen och cisgen genetisk modifiering

Genteknik är en process som förändrar den genetiska strukturen hos en organism genom att antingen ta bort eller introducera DNA eller modifiera befintligt genetiskt material in situ. Till skillnad från traditionell djur- och växtförädling, som innebär att man gör flera korsningar och sedan väljer organismen med den önskade fenotypen, tar genteknik genen direkt från en organism och levererar den till den andra. Detta är mycket snabbare, kan användas för att infoga alla gener från vilken organism som helst (även sådana från olika domäner ) och förhindrar att andra oönskade gener också läggs till.

Genteknik skulle potentiellt kunna fixa allvarliga genetiska störningar hos människor genom att ersätta den defekta genen med en fungerande. Det är ett viktigt verktyg i forskningen som gör det möjligt att studera specifika geners funktion. Läkemedel, vacciner och andra produkter har skördats från organismer konstruerade för att producera dem. Grödor har utvecklats som hjälper livsmedelssäkerheten genom att öka avkastningen, näringsvärdet och toleransen mot miljöpåfrestningar.

DNA:t kan införas direkt i värdorganismen eller i en cell som sedan fusioneras eller hybridiseras med värden. Detta förlitar sig på rekombinanta nukleinsyratekniker för att bilda nya kombinationer av ärftligt genetiskt material följt av inkorporering av det materialet antingen indirekt genom ett vektorsystem eller direkt genom mikroinjektion, makroinjektion eller mikroinkapsling .

Genteknik inkluderar normalt inte traditionell avel, provrörsbefruktning, induktion av polyploidi, mutagenes och cellfusionstekniker som inte använder rekombinanta nukleinsyror eller en genetiskt modifierad organism i processen. Men några breda definitioner av genteknik inkluderar selektiv avel . Kloning och stamcellsforskning, även om det inte anses vara genteknik, är nära besläktade och genteknik kan användas inom dem. Syntetisk biologi är en framväxande disciplin som tar genteknik ett steg längre genom att introducera artificiellt syntetiserat material i en organism.

Växter, djur eller mikroorganismer som har förändrats genom genteknik kallas för genetiskt modifierade organismer eller GMO. Om genetiskt material från en annan art läggs till värden kallas den resulterande organismen transgen . Om genetiskt material från samma art eller en art som naturligt kan häcka med värden används kallas den resulterande organismen cisgenisk . Om genteknik används för att avlägsna genetiskt material från målorganismen kallas den resulterande organismen en knockout- organism. I Europa är genetisk modifiering synonymt med genteknik medan inom USA och Kanada kan genetisk modifiering också användas för att referera till mer konventionella avelsmetoder.

Historia

Människor har förändrat arternas genom i tusentals år genom selektiv avel, eller artificiellt urval i motsats till naturligt urval . På senare tid har mutationsuppfödning använt exponering för kemikalier eller strålning för att producera en hög frekvens av slumpmässiga mutationer, för selektiva avelsändamål. Genteknik som direkt manipulation av DNA av människor utanför avel och mutationer har bara funnits sedan 1970-talet. Termen "genteknik" myntades först av Jack Williamson i hans science fiction - roman Dragon's Island, publicerad 1951 – ett år innan DNA:s roll i ärftligheten bekräftades av Alfred Hershey och Martha Chase, och två år innan James Watson och Francis Crick visade att DNA- molekylen har en dubbelhelixstruktur – även om det allmänna konceptet med direkt genetisk manipulation utforskades i rudimentär form i Stanley G. Weinbaums science fiction-historia från 1936 Proteus Island .

1974 skapade Rudolf Jaenisch en genetiskt modifierad mus, det första genetiskt modifierade djuret.

1972 skapade Paul Berg de första rekombinanta DNA- molekylerna genom att kombinera DNA från apviruset SV40 med det från lambdaviruset . 1973 skapade Herbert Boyer och Stanley Cohen den första transgena organismen genom att sätta in antibiotikaresistensgener i plasmiden av en Escherichia coli- bakterie. Ett år senare skapade Rudolf Jaenisch en transgen mus genom att introducera främmande DNA i dess embryo, vilket gjorde den till världens första transgena djur . 1975. En av huvudrekommendationerna från detta möte var att statlig tillsyn över rekombinant DNA-forskning skulle etableras tills tekniken bedömdes vara säker.

1976 grundades Genentech, det första genteknikföretaget, av Herbert Boyer och Robert Swanson och ett år senare producerade företaget ett humant protein ( somatostatin ) i E. coli . Genentech tillkännagav produktionen av genetiskt modifierat humaninsulin 1978. 1980 beslutade USA:s högsta domstol i fallet Diamond v. Chakrabarty att genetiskt förändrat liv kunde patenteras. Insulinet som produceras av bakterier godkändes för frisättning av Food and Drug Administration (FDA) 1982.

1983 ansökte ett bioteknikföretag, Advanced Genetic Sciences (AGS) om tillstånd från den amerikanska regeringen att utföra fälttester med is-minus-stammen av Pseudomonas syringae för att skydda grödor från frost, men miljögrupper och demonstranter försenade fälttesterna i fyra år med juridiska utmaningar. 1987 blev is-minus-stammen av P. syringae den första genetiskt modifierade organismen (GMO) som släpptes ut i miljön när en jordgubbsåker och en potatisåker i Kalifornien besprutades med den. Båda testfälten attackerades av aktivistgrupper kvällen innan testerna inträffade: "Världens första försöksplats lockade världens första fältskräp".

De första fältförsöken med genetiskt modifierade växter inträffade i Frankrike och USA 1986, tobaksplantor konstruerades för att vara resistenta mot herbicider . Folkrepubliken Kina var det första landet att kommersialisera transgena växter, och introducerade en virusresistent tobak 1992. 1994 fick Calgene godkännande att kommersiellt släppa den första genetiskt modifierade maten, Flavr Savr, en tomat konstruerad för att ha en längre hållbarhetstid . År 1994 godkände Europeiska unionen tobak som konstruerats för att vara resistent mot herbiciden bromoxynil, vilket gör den till den första genetiskt modifierade grödan som kommersialiserats i Europa. 1995 godkändes Bt-potatis säker av Environmental Protection Agency, efter att ha godkänts av FDA, vilket gjorde den till den första bekämpningsmedelsproducerande grödan som godkändes i USA. Under 2009 odlades 11 transgena grödor kommersiellt i 25 länder, varav de största per odlad areal var USA, Brasilien, Argentina, Indien, Kanada, Kina, Paraguay och Sydafrika.

År 2010 skapade forskare vid J. Craig Venter Institute det första syntetiska genomet och infogade det i en tom bakteriecell. Den resulterande bakterien, som heter Mycoplasma laboratorium, kunde replikera och producera proteiner. Fyra år senare togs detta ett steg längre när en bakterie utvecklades som replikerade en plasmid som innehåller ett unikt baspar, vilket skapade den första organismen som konstruerats för att använda ett utökat genetiskt alfabet. 2012 samarbetade Jennifer Doudna och Emmanuelle Charpentier för att utveckla CRISPR/Cas9- systemet, en teknik som kan användas för att enkelt och specifikt förändra genomet hos nästan vilken organism som helst.

Bearbeta

Polymeraskedjereaktion är ett kraftfullt verktyg som används vid molekylär kloning

Att skapa en GMO är en process i flera steg. Geningenjörer måste först välja vilken gen de vill infoga i organismen. Detta drivs av vad syftet är för den resulterande organismen och bygger på tidigare forskning. Genetiska screeningar kan utföras för att fastställa potentiella gener och ytterligare tester kan sedan användas för att identifiera de bästa kandidaterna. Utvecklingen av mikroarrayer, transkriptomik och genomsekvensering har gjort det mycket lättare att hitta lämpliga gener. Tur spelar också sin roll; Roundup Ready - genen upptäcktes efter att forskare upptäckte en bakterie som frodas i närvaro av herbiciden.

Genisolering och kloning

Nästa steg är att isolera kandidatgenen. Cellen som innehåller genen öppnas och DNA:t renas. Genen separeras genom att använda restriktionsenzymer för att skära DNA:t i fragment eller polymeraskedjereaktion (PCR) för att amplifiera gensegmentet. Dessa segment kan sedan extraheras genom gelelektrofores . Om den valda genen eller donatororganismens genom har studerats väl kan den redan vara tillgänglig från ett genetiskt bibliotek . Om DNA-sekvensen är känd, men inga kopior av genen finns tillgängliga, kan den också syntetiseras på konstgjord väg . När genen väl isolerats ligeras den in i en plasmid som sedan sätts in i en bakterie. Plasmiden replikeras när bakterierna delar sig, vilket säkerställer obegränsade kopior av genen. RK2 -plasmiden är känd för sin förmåga att replikera i en mängd olika encelliga organismer, vilket gör den lämplig som ett genteknikverktyg.

Innan genen sätts in i målorganismen måste den kombineras med andra genetiska element. Dessa inkluderar en promotor- och terminatorregion, som initierar och avslutar transkription . En selekterbar markörgen läggs till, som i de flesta fall ger antibiotikaresistens, så att forskare enkelt kan avgöra vilka celler som framgångsrikt har transformerats. Genen kan också modifieras i detta skede för bättre uttryck eller effektivitet. Dessa manipulationer utförs med användning av rekombinanta DNA- tekniker, såsom restriktionsklyvning, ligeringar och molekylär kloning.

Infoga DNA i värdgenomet

En genpistol använder biolistik för att infoga DNA i växtvävnad

Det finns ett antal tekniker som används för att infoga genetiskt material i värdgenomet. Vissa bakterier kan naturligt ta upp främmande DNA . Denna förmåga kan induceras hos andra bakterier via stress (t.ex. termisk eller elektrisk stöt), vilket ökar cellmembranets permeabilitet för DNA; Upptaget DNA kan antingen integreras med genomet eller existera som extrakromosomalt DNA . DNA sätts vanligtvis in i djurceller med hjälp av mikroinjektion, där det kan injiceras genom cellens kärnhölje direkt in i kärnan, eller genom användning av virala vektorer .

Växtgenom kan konstrueras genom fysikaliska metoder eller genom användning av Agrobacterium för leverans av sekvenser som är värd för binära T-DNA-vektorer . I växter infogas DNA ofta med hjälp av Agrobacterium -medierad transformation, och drar fördel av Agrobacteriums T -DNA- sekvens som tillåter naturligt införande av genetiskt material i växtceller. Andra metoder inkluderar biolistik, där partiklar av guld eller volfram beläggs med DNA och sedan skjuts in i unga växtceller, och elektroporering, som innebär att man använder en elektrisk stöt för att göra cellmembranet genomsläppligt för plasmid-DNA.

Eftersom endast en enda cell transformeras med genetiskt material, måste organismen regenereras från den enstaka cellen. I växter uppnås detta genom användning av vävnadskultur . Hos djur är det nödvändigt att säkerställa att det insatta DNA:t finns i de embryonala stamcellerna . Bakterier består av en enda cell och reproducerar sig klonalt så regenerering är inte nödvändig. Valbara markörer används för att enkelt skilja transformerade från otransformerade celler. Dessa markörer finns vanligtvis i den transgena organismen, även om ett antal strategier har utvecklats som kan ta bort den selekterbara markören från den mogna transgena växten.

A. tumefaciens fäster sig vid en morotscell

Ytterligare tester med PCR, Southern-hybridisering och DNA-sekvensering utförs för att bekräfta att en organism innehåller den nya genen. Dessa tester kan också bekräfta den insatta genens kromosomala placering och kopianummer. Närvaron av genen garanterar inte att den kommer att uttryckas på lämpliga nivåer i målvävnaden, så metoder som letar efter och mäter genprodukterna (RNA och protein) används också. Dessa inkluderar nordlig hybridisering, kvantitativ RT-PCR, Western blot, immunfluorescens, ELISA och fenotypisk analys.

Det nya genetiska materialet kan infogas slumpmässigt i värdgenomet eller riktas till en specifik plats. Tekniken för geninriktning använder homolog rekombination för att göra önskade förändringar av en specifik endogen gen. Detta tenderar att inträffa med en relativt låg frekvens hos växter och djur och kräver i allmänhet användning av valbara markörer . Frekvensen av geninriktning kan förbättras avsevärt genom genomredigering . Genomredigering använder artificiellt konstruerade nukleaser som skapar specifika dubbelsträngade avbrott på önskade platser i genomet och använder cellens endogena mekanismer för att reparera det inducerade brottet genom de naturliga processerna av homolog rekombination och icke-homolog ändsammanfogning . Det finns fyra familjer av konstruerade nukleaser: meganukleaser, zinkfingernukleaser, transkriptionsaktivatorliknande effektornukleaser (TALENs) och Cas9-guideRNA-systemet (anpassat från CRISPR ). TALEN och CRISPR är de två mest använda och var och en har sina egna fördelar. TALENs har större målspecificitet, medan CRISPR är lättare att designa och effektivare. Förutom att förbättra geninriktning, kan konstruerade nukleaser användas för att introducera mutationer i endogena gener som genererar en genknockout .

Ansökningar

Genteknik har tillämpningar inom medicin, forskning, industri och jordbruk och kan användas på en lång rad växter, djur och mikroorganismer. Bakterier, de första organismerna som är genetiskt modifierade, kan ha insatt plasmid-DNA som innehåller nya gener som kodar för läkemedel eller enzymer som bearbetar mat och andra substrat . Växter har modifierats för insektsskydd, herbicidresistens, virusresistens, förbättrad näring, tolerans mot miljöpåverkan och produktion av ätbara vacciner . De flesta kommersialiserade GMO är insektsresistenta eller herbicidtoleranta växter. Genetiskt modifierade djur har använts för forskning, modelldjur och produktion av jordbruks- eller läkemedelsprodukter. De genetiskt modifierade djuren inkluderar djur med utslagna gener, ökad mottaglighet för sjukdomar, hormoner för extra tillväxt och förmågan att uttrycka proteiner i sin mjölk.

Medicin

Genteknik har många tillämpningar för medicin som inkluderar tillverkning av läkemedel, skapande av modelldjur som efterliknar mänskliga förhållanden och genterapi . En av de tidigaste användningsområdena för genteknik var att massproducera humant insulin i bakterier. Denna applikation har nu tillämpats på mänskliga tillväxthormoner, follikelstimulerande hormoner (för behandling av infertilitet), humant albumin, monoklonala antikroppar, antihemofila faktorer, vacciner och många andra läkemedel. Mushybridom , celler som smälts samman för att skapa monoklonala antikroppar, har anpassats genom genteknik för att skapa humana monoklonala antikroppar. Genmanipulerade virus utvecklas som fortfarande kan ge immunitet, men som saknar de smittsamma sekvenserna .

Genteknik används också för att skapa djurmodeller av mänskliga sjukdomar. Genetiskt modifierade möss är den vanligaste genetiskt modifierade djurmodellen. De har använts för att studera och modellera cancer (den oncomouse ), fetma, hjärtsjukdomar, diabetes, artrit, missbruk, ångest, åldrande och Parkinsons sjukdom. Potentiella botemedel kan testas mot dessa musmodeller.

Genterapi är genteknik av människor, vanligtvis genom att ersätta defekta gener med effektiva. Klinisk forskning med somatisk genterapi har utförts med flera sjukdomar, inklusive X-kopplad SCID, kronisk lymfatisk leukemi (KLL) och Parkinsons sjukdom . 2012 blev Alipogene tiparvovec den första genterapibehandlingen som godkändes för klinisk användning. 2015 användes ett virus för att infoga en frisk gen i hudcellerna hos en pojke som led av en sällsynt hudsjukdom, epidermolysis bullosa, för att växa, och sedan ympa frisk hud på 80 procent av pojkens kropp som påverkades av sjukdom.

Germline -genterapi skulle resultera i att alla förändringar är ärftliga, vilket har väckt oro inom det vetenskapliga samfundet. 2015 användes CRISPR för att redigera DNA från icke-livsdugliga mänskliga embryon, vilket ledde till att forskare från stora världsakademier krävde ett moratorium för ärftliga redigeringar av mänskligt genom. Det finns också farhågor om att tekniken inte bara kan användas för behandling, utan för att förbättra, modifiera eller förändra en människas utseende, anpassningsförmåga, intelligens, karaktär eller beteende. Skillnaden mellan bot och förbättring kan också vara svår att fastställa. I november 2018 meddelade He Jiankui att han hade redigerat genomen från två mänskliga embryon för att försöka inaktivera CCR5 -genen, som kodar för en receptor som HIV använder för att komma in i celler. Arbetet fördömdes allmänt som oetiskt, farligt och för tidigt. För närvarande är modifiering av könsceller förbjuden i 40 länder. Forskare som gör den här typen av forskning låter ofta embryon växa i några dagar utan att låta det utvecklas till ett barn.

Forskare förändrar genomet hos grisar för att inducera tillväxten av mänskliga organ, i syfte att öka framgången för transplantation av gris till mänskliga organ . Forskare skapar "gendrifter", förändrar myggornas genom för att göra dem immuna mot malaria, och försöker sedan sprida de genetiskt förändrade myggorna i hela myggpopulationen i hopp om att eliminera sjukdomen.

Forskning

Mänskliga celler där vissa proteiner är sammansmälta med grönt fluorescerande protein för att tillåta dem att visualiseras

Genteknik är ett viktigt verktyg för naturvetare, med skapandet av transgena organismer ett av de viktigaste verktygen för analys av genfunktion. Gener och annan genetisk information från ett brett spektrum av organismer kan infogas i bakterier för lagring och modifiering, vilket skapar genetiskt modifierade bakterier i processen. Bakterier är billiga, lätta att odla, klonala, förökar sig snabbt, relativt lätta att omvandla och kan lagras vid -80 °C nästan på obestämd tid. När en gen väl är isolerad kan den lagras inuti bakterierna, vilket ger ett obegränsat utbud för forskning.

Organismer är genetiskt modifierade för att upptäcka funktionerna hos vissa gener. Detta kan vara effekten på organismens fenotyp, var genen uttrycks eller vilka andra gener den interagerar med. Dessa experiment involverar i allmänhet funktionsförlust, funktionsvinst, spårning och uttryck.

  • Förlust av funktionsexperiment, till exempel i ett gen-knockout- experiment, där en organism är konstruerad för att sakna aktiviteten hos en eller flera gener. I en enkel knockout har en kopia av den önskade genen ändrats för att göra den icke-funktionell. Embryonala stamceller innehåller den förändrade genen, som ersätter den redan befintliga funktionella kopian. Dessa stamceller injiceras i blastocyster, som implanteras i surrogatmödrar. Detta gör det möjligt för försöksledaren att analysera defekterna som orsakas av denna mutation och därigenom bestämma rollen för särskilda gener. Det används särskilt ofta inom utvecklingsbiologi . När detta görs genom att skapa ett bibliotek av gener med punktmutationer vid varje position i området av intresse, eller till och med varje position i hela genen, kallas detta "scanning mutagenes". Den enklaste metoden, och den första som används, är "alaninscanning", där varje position i sin tur muteras till den oreaktiva aminosyran alanin .
  • Gain of function experiment, den logiska motsvarigheten till knockouts. Dessa utförs ibland i samband med knockout-experiment för att bättre fastställa funktionen hos den önskade genen. Processen är ungefär densamma som i knockout-teknik, förutom att konstruktionen är designad för att öka genens funktion, vanligtvis genom att tillhandahålla extra kopior av genen eller inducera syntes av proteinet oftare. Funktionsvinst används för att avgöra om ett protein är tillräckligt för en funktion eller inte, men betyder inte alltid att det krävs, särskilt när det handlar om genetisk eller funktionell redundans.
  • Spårningsexperiment, som försöker få information om lokaliseringen och interaktionen av det önskade proteinet. Ett sätt att göra detta är att ersätta vildtypsgenen med en "fusionsgen", som är en sammanställning av vildtypsgenen med ett rapporterande element som grönt fluorescerande protein (GFP) som möjliggör enkel visualisering av produkterna av den genetiska modifieringen. Även om detta är en användbar teknik, kan manipulationen förstöra genens funktion, skapa sekundära effekter och möjligen ifrågasätta resultaten av experimentet. Mer sofistikerade tekniker är nu under utveckling som kan spåra proteinprodukter utan att minska deras funktion, såsom tillägg av små sekvenser som kommer att fungera som bindande motiv till monoklonala antikroppar.
  • Expressionsstudier syftar till att upptäcka var och när specifika proteiner produceras. I dessa experiment återinförs DNA-sekvensen före det DNA som kodar för ett protein, känt som en gens promotor, i en organism med den proteinkodande regionen ersatt av en reportergen som GFP eller ett enzym som katalyserar produktionen av ett färgämne . Sålunda kan tiden och platsen där ett visst protein produceras observeras. Uttrycksstudier kan tas ett steg längre genom att ändra promotorn för att hitta vilka delar som är avgörande för korrekt uttryck av genen och som faktiskt är bundna av transkriptionsfaktorproteiner; denna process är känd som promotorbashing .

Industriell

Produkter av genteknik

Organismer kan få sina celler transformerade med en gen som kodar för ett användbart protein, såsom ett enzym, så att de kommer att överuttrycka det önskade proteinet. Massa mängder av proteinet kan sedan tillverkas genom att odla den transformerade organismen i bioreaktorutrustning med hjälp av industriell fermentering, och sedan rena proteinet. Vissa gener fungerar inte bra i bakterier, så jäst, insektsceller eller däggdjursceller kan också användas. Dessa tekniker används för att producera mediciner som insulin, humant tillväxthormon och vacciner, kosttillskott som tryptofan, stöd vid produktion av mat ( kymosin vid osttillverkning) och bränslen. Andra tillämpningar med genetiskt modifierade bakterier kan innebära att få dem att utföra uppgifter utanför sin naturliga cykel, som att tillverka biobränslen, städa upp oljeutsläpp, kol och annat giftigt avfall och upptäcka arsenik i dricksvatten. Vissa genetiskt modifierade mikrober kan också användas i biomining och bioremediering, på grund av deras förmåga att extrahera tungmetaller från sin miljö och införliva dem i föreningar som är lättare att återvinna.

Inom materialvetenskap har ett genetiskt modifierat virus använts i ett forskningslaboratorium som en ställning för att montera ett mer miljövänligt litiumjonbatteri . Bakterier har också konstruerats för att fungera som sensorer genom att uttrycka ett fluorescerande protein under vissa miljöförhållanden.

Lantbruk

Bt-toxiner som finns i jordnötsblad (nedre bilden) skyddar den från omfattande skador orsakade av mindre mstjälkborlarver ( översta bilden).

En av de mest kända och kontroversiella tillämpningarna av genteknik är skapandet och användningen av genetiskt modifierade grödor eller genetiskt modifierade boskap för att producera genetiskt modifierad mat . Grödor har utvecklats för att öka produktionen, öka toleransen mot abiotiska påfrestningar, ändra sammansättningen av maten eller för att producera nya produkter.

De första grödorna som släpptes kommersiellt i stor skala gav skydd mot skadeinsekter eller tolerans mot herbicider . Svamp- och virusresistenta grödor har också utvecklats eller är under utveckling. Detta gör insekts- och ogräshanteringen av grödor lättare och kan indirekt öka skörden. GM-grödor som direkt förbättrar avkastningen genom att påskynda tillväxten eller göra plantan mer härdig (genom att förbättra salt-, kyl- eller torkatoleransen) är också under utveckling. Under 2016 har laxen blivit genetiskt modifierad med tillväxthormoner för att nå normal vuxenstorlek mycket snabbare.

GMO har utvecklats som ändrar kvaliteten på produkterna genom att öka näringsvärdet eller tillhandahålla mer industriellt användbara kvaliteter eller kvantiteter. Amflora - potatisen producerar en mer industriellt användbar blandning av stärkelse. Sojabönor och raps har modifierats genetiskt för att producera mer hälsosamma oljor. Den första kommersialiserade GM-maten var en tomat som hade försenat mognad, vilket ökade dess hållbarhet .

Växter och djur har konstruerats för att producera material som de normalt inte gör. Pharming använder grödor och djur som bioreaktorer för att producera vacciner, läkemedelsintermediärer eller själva läkemedlen; den användbara produkten renas från skörden och används sedan i den vanliga farmaceutiska produktionsprocessen. Kor och getter har konstruerats för att uttrycka läkemedel och andra proteiner i deras mjölk, och 2009 godkände FDA ett läkemedel som produceras i getmjölk.

Andra applikationer

Genteknik har potentiella tillämpningar inom bevarande och naturområdesförvaltning. Genöverföring genom virala vektorer har föreslagits som ett sätt att kontrollera invasiva arter samt vaccinera hotad fauna från sjukdomar. Transgena träd har föreslagits som ett sätt att ge resistens mot patogener i vilda populationer. Med de ökande riskerna för missanpassning hos organismer till följd av klimatförändringar och andra störningar, kan underlättad anpassning genom genjustering vara en lösning för att minska utrotningsrisker. Tillämpningar av genteknik inom bevarande är hittills mestadels teoretiska och har ännu inte omsatts i praktiken.

Genteknik används också för att skapa mikrobiell konst . Vissa bakterier har genmanipulerats för att skapa svartvita fotografier. Nyhetsartiklar som lavendelfärgade nejlikor, blå rosor och glödande fiskar har också producerats genom genteknik.

förordning

Regleringen av genteknik handlar om de tillvägagångssätt som regeringar vidtar för att bedöma och hantera riskerna i samband med utveckling och utsättning av genetiskt modifierade organismer. Utvecklingen av ett regelverk började 1975 i Asilomar, Kalifornien. Asilomar -mötet rekommenderade en uppsättning frivilliga riktlinjer för användning av rekombinant teknologi. När teknologin förbättrades inrättade USA en kommitté vid Office of Science and Technology, som tilldelade regulatoriskt godkännande av GM-mat till USDA, FDA och EPA. Cartagenaprotokollet om biosäkerhet, ett internationellt fördrag som reglerar överföring, hantering och användning av genetiskt modifierade organismer, antogs den 29 januari 2000. Etthundrafemtiosju länder är medlemmar i protokollet och många använder det som referenspunkt för sina egna bestämmelser.

Den lagliga och reglerande statusen för GM-mat varierar från land till land, med vissa länder som förbjuder eller begränsar dem, och andra tillåter dem med vitt skilda grader av reglering. Vissa länder tillåter import av genetiskt modifierade livsmedel med tillstånd, men tillåter antingen inte odling av dem (Ryssland, Norge, Israel) eller har bestämmelser för odling även om inga genetiskt modifierade produkter ännu produceras (Japan, Sydkorea). De flesta länder som inte tillåter GMO-odling tillåter forskning. Några av de mest markanta skillnaderna förekommer mellan USA och Europa. USA:s policy fokuserar på produkten (inte processen), tittar bara på verifierbara vetenskapliga risker och använder begreppet väsentlig likvärdighet . Europeiska unionen har däremot kanske de strängaste GMO-bestämmelserna i världen. Alla genetiskt modifierade organismer, tillsammans med bestrålad mat, anses vara "ny mat" och är föremål för omfattande, från fall till fall, vetenskapsbaserad livsmedelsutvärdering av Europeiska myndigheten för livsmedelssäkerhet . Kriterierna för godkännande delas in i fyra breda kategorier: "säkerhet", "valfrihet", "märkning" och "spårbarhet". Regleringsnivån i andra länder som odlar GMO ligger mellan Europa och USA.

Tillsynsmyndigheter per geografisk region
Område Regulatorer Anteckningar
USA USDA, FDA och EPA
Europa Europeiska myndigheten för livsmedelssäkerhet
Kanada Health Canada och Canadian Food Inspection Agency Reglerade produkter med nya egenskaper oavsett ursprungsmetod
Afrika Gemensam marknad för östra och södra Afrika Det slutliga beslutet ligger hos varje enskilt land.
Kina Office of Agricultural Genetic Engineering Biosafety Administration
Indien Institutionell biosäkerhetskommitté, granskningskommitté för genetisk manipulation och godkännandekommitté för genteknik
Argentina National Agricultural Biotechnology Advisory Committee (miljöpåverkan), National Service of Health and Agrifood Quality (livsmedelssäkerhet) och National Agribusiness Direction (effekt på handeln) Slutligt beslut fattat av sekretariatet för jordbruk, boskap, fiske och livsmedel.
Brasilien National Biosafety Technical Commission (miljö- och livsmedelssäkerhet) och ministerrådet (kommersiella och ekonomiska frågor)
Australien Office of the Gene Technology Regulator (övervakar alla GM-produkter), Therapeutic Goods Administration (GM-läkemedel) och Food Standards Australia New Zealand (GM-mat). De enskilda delstatsregeringarna kan sedan bedöma effekterna av utsläpp på marknader och handel och tillämpa ytterligare lagstiftning för att kontrollera godkända genetiskt modifierade produkter.

En av nyckelfrågorna för tillsynsmyndigheter är huruvida GM-produkter ska märkas. EU -kommissionen säger att obligatorisk märkning och spårbarhet behövs för att möjliggöra medvetna val, undvika potentiell falsk reklam och underlätta tillbakadragandet av produkter om negativa effekter på hälsa eller miljö upptäcks. American Medical Association och American Association for the Advancement of Science säger att frånvarande vetenskapliga bevis på skada även frivillig märkning är vilseledande och kommer att felaktigt alarmera konsumenterna. Märkning av GMO-produkter på marknaden krävs i 64 länder. Märkning kan vara obligatorisk upp till en tröskelnivå för GM-innehåll (som varierar mellan länder) eller frivillig. I Kanada och USA är märkning av genetiskt modifierade livsmedel frivillig, medan i Europa måste alla livsmedel (inklusive bearbetade livsmedel ) eller foder som innehåller mer än 0,9 % av godkända genetiskt modifierade organismer märkas.

Kontrovers

Kritiker har protesterat mot användningen av genteknik av flera skäl, inklusive etiska, ekologiska och ekonomiska problem. Många av dessa problem involverar genetiskt modifierade grödor och huruvida mat som produceras av dem är säker och vilken inverkan odling av dem kommer att ha på miljön. Dessa kontroverser har lett till rättstvister, internationella handelstvister och protester och till restriktiv reglering av kommersiella produkter i vissa länder.

Anklagelser om att forskare " leker Gud " och andra religiösa frågor har tillskrivits tekniken från början. Andra etiska frågor som tagits upp inkluderar patentering av liv, användning av immateriella rättigheter, nivån på märkning av produkter, kontroll av livsmedelsförsörjningen och objektiviteten i regleringsprocessen. Även om tvivel har väckts, har ekonomiskt sett de flesta studier funnit att odling av GM-grödor är fördelaktigt för jordbrukare.

Genflöde mellan GM-grödor och kompatibla växter, tillsammans med ökad användning av selektiva herbicider, kan öka risken för att " superogräs " utvecklas. Andra miljöhänsyn involverar potentiella effekter på icke-målorganismer, inklusive markmikrober, och en ökning av sekundära och resistenta skadeinsekter. Många av miljöpåverkan med genmodifierade grödor kan ta många år att förstå och är också uppenbara i konventionella jordbruksmetoder. I och med kommersialiseringen av genetiskt modifierade fiskar finns det oro över vilka miljökonsekvenser det kommer att bli om de rymmer.

Det finns tre huvudsakliga farhågor om säkerheten hos genetiskt modifierade livsmedel: om de kan framkalla en allergisk reaktion ; om generna kan överföras från maten till mänskliga celler; och om de gener som inte är godkända för mänsklig konsumtion skulle kunna korsas över till andra grödor. Det finns en vetenskaplig konsensus om att för närvarande tillgänglig mat som härrör från GM-grödor inte utgör någon större risk för människors hälsa än konventionella livsmedel, men att varje GM-livsmedel måste testas från fall till fall innan introduktion. Ändå är allmänheten mindre benägna än forskare att uppfatta genetiskt modifierade livsmedel som säkra.

I populärkulturen

Genteknik finns med i många science fiction- berättelser. Frank Herberts roman The White Plague beskriver den avsiktliga användningen av genteknik för att skapa en patogen som specifikt dödar kvinnor. En annan av Herberts skapelser, Dune -serien av romaner, använder genteknik för att skapa den kraftfulla Tleilaxu . Få filmer har informerat publiken om genteknik, med undantag för 1978 The Boys from Brazil och 1993 Jurassic Park, som båda använder sig av en lektion, en demonstration och ett klipp av vetenskaplig film. Genteknikmetoder är svagt representerade i film; Michael Clark, som skriver för Wellcome Trust, kallar skildringen av genteknik och bioteknik för "allvarligt förvrängd" i filmer som The 6th Day . Enligt Clarks åsikt ges biotekniken typiskt "fantastiska men visuellt gripande former" medan vetenskapen antingen förpassas till bakgrunden eller fiktionaliseras för att passa en ung publik.

I 2007 års videospel, BioShock, spelar genteknik en viktig roll i den centrala handlingen och universum. Spelet utspelar sig i den fiktiva undervattensdystopin Rapture, där dess invånare besitter genetiska övermänskliga förmågor efter att ha injicerat sig själva med "plasmider", ett serum som ger sådana krafter. I staden Rapture finns också "Little Sisters", små flickor som är generiskt konstruerade, samt en sidoplot där en kabarésångerska säljer sitt foster till genetiska vetenskapsmän som implanterar falska minnen i den nyfödda och genmanipulerar den för att växa. till en vuxen.

Se även

Referenser

Vidare läsning

externa länkar