สิ่งที่เป็น GMOs และวิธีการที่พวกเขาทำ?

พื้นฐานของการปรับเปลี่ยนทางพันธุกรรม

GMO คืออะไร?

GMO ย่อมาจาก "สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม" การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมมีมานานหลายทศวรรษแล้วและเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและรวดเร็วที่สุดในการสร้างพืชหรือสัตว์ที่มีลักษณะเฉพาะหรือลักษณะเฉพาะ ช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนลำดับดีเอ็นเอได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากดีเอ็นเอเป็นส่วนประกอบหลักของแผนงานสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดการเปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอจะเปลี่ยนไปตามหน้าที่ที่ร่างกายมีอยู่

ไม่มีวิธีอื่นใดที่จะทำเช่นนี้ยกเว้นโดยใช้เทคนิคที่พัฒนาขึ้นในช่วง 40 ปีที่ผ่านมาเพื่อจัดการกับดีเอ็นเอโดยตรง

คุณดัดแปลงทางพันธุกรรมอย่างไร? อันนี้เป็นคำถามกว้าง ๆ สิ่งมีชีวิตสามารถเป็นพืชสัตว์เชื้อราหรือแบคทีเรียและสิ่งเหล่านี้สามารถและได้รับการออกแบบทางพันธุกรรมเกือบ 40 ปี สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมครั้งแรกคือ แบคทีเรียในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาเชื้อแบคทีเรียที่ดัดแปลงพันธุกรรมได้กลายเป็นผลงานของห้องปฏิบัติการนับร้อยนับพันที่ทำาการดัดแปลงพันธุกรรมทั้งพืชและสัตว์ ยีนสับและปรับเปลี่ยนยีนส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบและจัดเตรียมโดยใช้แบคทีเรียซึ่งส่วนใหญ่เป็นรูปแบบของ E. coli จากนั้นย้ายไปยังสิ่งมีชีวิตเป้าหมาย

วิธีการทั่วไปในการดัดแปลงพันธุกรรมพืชสัตว์หรือจุลินทรีย์มีความคล้ายคลึงกัน อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างบางอย่างในเทคนิคเฉพาะเนื่องจากความแตกต่างทั่วไประหว่างเซลล์พืชและสัตว์

ตัวอย่างเช่นเซลล์พืชมีผนังเซลล์และเซลล์สัตว์ไม่

เหตุผลในการปรับเปลี่ยนพันธุกรรมของพืชและสัตว์

สัตว์จีเอ็มทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการวิจัยโดยทั่วไปมักใช้เป็นระบบชีวภาพแบบจำลองที่ใช้ในการพัฒนายา มีสัตว์ GM บางชนิดที่พัฒนาขึ้นเพื่อจุดประสงค์ทางการค้าอื่น ๆ เช่นปลาเรืองแสงเป็นสัตว์เลี้ยงและยุงจีเอ็มโอเพื่อช่วยในการควบคุมยุงที่เป็นโรค

อย่างไรก็ตามการประยุกต์ใช้งานด้านการวิจัยทางชีววิทยาขั้นพื้นฐานเหล่านี้ค่อนข้าง จำกัด จนถึงปัจจุบันไม่มีสัตว์ GM ที่ได้รับการรับรองว่าเป็นแหล่งอาหาร เร็ว ๆ นี้ แต่ที่อาจมีการเปลี่ยนแปลงกับ AquaAdvantage ปลาแซลมอนที่กำลังจะผ่านกระบวนการอนุมัติ

อย่างไรก็ตามพืชมีสภาพแตกต่างกันไป ในขณะที่พืชจำนวนมากถูกแก้ไขเพื่อการวิจัยวัตถุประสงค์ของการดัดแปลงทางพันธุกรรมของพืชส่วนใหญ่คือการสร้างสายพันธุ์พืชที่เป็นประโยชน์ในเชิงพาณิชย์หรือเป็นประโยชน์ต่อสังคม ตัวอย่างเช่นผลผลิตอาจเพิ่มขึ้นหากพืชได้รับการออกแบบให้มีความต้านทานดีขึ้นต่อโรคพืชที่ก่อให้เกิดโรคเช่น Rainbow Papaya หรือความสามารถในการเติบโตในพื้นที่ที่ไม่เอื้ออำนวย ผลไม้ที่สุกได้อีกต่อไปเช่นมะเขือเทศ Endless Summer จะมีเวลาในการเก็บรักษานานขึ้นหลังการเก็บเกี่ยวเพื่อการใช้งาน นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติที่ช่วยเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการเช่นข้าวที่ทำจากข้าวที่ได้รับการออกแบบให้อุดมไปด้วยวิตามินเอหรืออรรถประโยชน์ของผลไม้เช่นแอปเปิ้ลที่ไม่มีสีน้ำตาลเช่นกัน

โดยทั่วไปแล้วลักษณะใด ๆ ที่สามารถประจักษ์ได้ด้วยการเพิ่มหรือยับยั้งยีนที่เฉพาะเจาะจงสามารถนำมาใช้ ลักษณะที่ต้องการยีนหลายตัวสามารถจัดการได้ แต่ต้องใช้กระบวนการที่ซับซ้อนกว่าที่ยังไม่ประสบความสำเร็จกับพืชเชิงพาณิชย์

ยีนคืออะไร?

ก่อนที่จะอธิบายว่ายีนใหม่ถูกใส่เข้าไปในสิ่งมีชีวิตสิ่งสำคัญคือต้องทำความเข้าใจว่ายีนเป็นอย่างไร หลายคนคงทราบดีว่ายีนเป็นดีเอ็นเอซึ่งประกอบไปด้วยฐานสี่ส่วนที่กล่าวกันทั่วไปว่าเป็นเพียง A, T, C, G ลำดับเชิงเส้นของฐานเหล่านี้ในแถวลงเส้นใยดีเอ็นเอของยีนอาจเป็นรหัสสำหรับโปรตีนเฉพาะเช่นเดียวกับตัวอักษรในบรรทัดของรหัสข้อความสำหรับประโยค

โปรตีนเป็นโมเลกุลชีวภาพขนาดใหญ่ที่ทำจากกรดอะมิโนที่เชื่อมโยงกันในชุดต่างๆ เมื่อการรวมกันของกรดอะมิโนที่เชื่อมโยงกันกรดอะมิโนจะพับเข้าด้วยกันเป็นโปรตีนที่มีลักษณะเฉพาะและคุณสมบัติทางเคมีที่เหมาะสมร่วมกันเพื่อให้สามารถทำหน้าที่หรือปฏิกิริยาจำเพาะได้ สิ่งมีชีวิตที่ทำขึ้นส่วนใหญ่เป็นโปรตีน โปรตีนบางชนิดเป็นเอนไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาทางเคมี อื่น ๆ ขนส่งวัสดุลงในเซลล์และการกระทำบางอย่างเป็นสวิทช์เปิดใช้งานหรือปิดใช้งานโปรตีนอื่น ๆ หรือโปรตีนลดหลั่น

ดังนั้นเมื่อมีการแนะนำยีนใหม่จะทำให้เซลล์มีลำดับของโค้ดเพื่อให้สามารถสร้างโปรตีนใหม่ได้

เซลล์จะจัดระเบียบยีนของพวกเขาได้อย่างไร?

ในพืชและเซลล์สัตว์เกือบทั้งหมดของดีเอ็นเอได้รับคำสั่งในหลายเส้นยาวแผลขึ้นเป็นโครโมโซม ยีนเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของลำดับ DNA ที่ยาวขึ้นทำให้เกิดโครโมโซม ทุกครั้งที่มีการทำซ้ำเซลล์โครโมโซมทั้งหมดจะถูกจำลองแบบก่อน นี่คือชุดคำแนะนำกลางสำหรับเซลล์และเซลล์ลูกหลานแต่ละตัวจะได้รับสำเนา ดังนั้นเพื่อแนะนำยีนใหม่ที่ช่วยให้เซลล์สร้างโปรตีนใหม่ที่ทำให้เกิดลักษณะเฉพาะอย่างหนึ่งเพียงแค่ต้องการใส่ดีเอ็นเอสักหนึ่งเส้นในโครโมโซมยาว ๆ เมื่อใส่แล้ว DNA จะถูกส่งผ่านไปยังเซลล์ลูกสาวเมื่อเซลล์เหล่านี้ทำซ้ำเช่นเดียวกับยีนอื่น ๆ ทั้งหมด

ในความเป็นจริง DNA บางชนิดสามารถรักษาได้ในเซลล์ที่แยกจากโครโมโซมและยีนสามารถนำมาใช้โครงสร้างเหล่านี้เพื่อไม่ให้รวมเข้ากับโครโมโซมดีเอ็นเอ อย่างไรก็ตามด้วยวิธีนี้เนื่องจาก DNA โครโมโซมของเซลล์ถูกเปลี่ยนแปลงมักไม่ได้รับการเก็บรักษาไว้ในเซลล์ทั้งหมดหลังจากการทำซ้ำหลายครั้ง สำหรับการปรับเปลี่ยนพันธุกรรมแบบถาวรและที่รับกรรมเช่นกระบวนการที่ใช้ในการเพาะปลูกพืชจะมีการใช้การปรับเปลี่ยนโครโมโซม

การแทรกยีนใหม่เป็นอย่างไรบ้าง?

วิศวกรรมทางพันธุกรรมหมายถึงการใส่ฐาน DNA base ใหม่ (โดยปกติจะเหมือนกับยีนทั้งหมด) ลงในโครโมโซมดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิต เรื่องนี้อาจดูเหมือนง่าย แต่เพียงเล็กน้อยในทางเทคนิคก็ยิ่งซับซ้อนขึ้นเล็กน้อยเท่านั้น มีรายละเอียดทางเทคนิคมากมายที่เกี่ยวข้องกับการสร้างลำดับดีเอ็นเอที่ถูกต้องและมีสัญญาณที่ถูกต้องลงในโครโมโซมในบริบทที่ถูกต้องซึ่งทำให้เซลล์สามารถจำแนกได้ว่าเป็นยีนที่ใช้ในการสร้างโปรตีนใหม่

มีองค์ประกอบสำคัญ 4 ประการที่ใช้กันทั่วไปในขั้นตอนทางพันธุกรรมเกือบทั้งหมด:

1. ขั้นแรกคุณต้องมียีน ซึ่งหมายความว่าคุณต้องมีโมเลกุลดีเอ็นเอทางกายภาพที่มีลำดับเบสโดยเฉพาะ ตามเนื้อผ้าลำดับเหล่านี้ได้รับโดยตรงจากสิ่งมีชีวิตโดยใช้เทคนิคที่ลำบากหลาย ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์มักจะสังเคราะห์จากสารเคมี A, T, C, G โดยพื้นฐานแทนที่จะดึงดีเอ็นเอจากสิ่งมีชีวิต เมื่อได้รับลำดับสามารถแทรกลงในชิ้นส่วนของดีเอ็นเอของเชื้อแบคทีเรียที่เป็นเหมือนโครโมโซมขนาดเล็ก (plasmid) และตั้งแต่แบคทีเรียทำซ้ำได้อย่างรวดเร็วเป็นจำนวนมากของยีนตามความจำเป็นสามารถทำได้
2. เมื่อคุณมียีนแล้วคุณจะต้องวางมันไว้ในเส้นใยดีเอ็นเอล้อมรอบด้วยดีเอ็นเอรอบด้านขวาเพื่อให้เซลล์สามารถจดจำและแสดงออกได้ หลักการนี้หมายความว่าคุณต้องมีดีเอ็นเอขนาดเล็กที่เรียกว่าโปรโมเตอร์ซึ่งเป็นสัญญาณให้เซลล์แสดงออกของยีน
3. นอกเหนือไปจากยีนหลักที่จะแทรกมักจะมียีนที่สองเป็นตัวบ่งชี้หรือการเลือก ยีนตัวที่สองนี้เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการระบุเซลล์ที่มียีน
4. สุดท้ายก็จำเป็นต้องมีวิธีการส่งมอบ DNA ใหม่ (เช่นโปรโมเตอร์ยีนตัวใหม่และเครื่องหมายเลือก) เข้าสู่เซลล์ของ organizmy มีหลายวิธีในการทำเช่นนี้ สำหรับพืชที่ฉันชอบคือวิธีการใช้ปืนยีนที่ใช้ปืนไรเฟิล 22 ที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อยิงอนุภาคทังสเตนหรือทองคำที่เคลือบด้วยดีเอ็นเอเข้าไปในเซลล์

ด้วยเซลล์สัตว์มีจำนวนของสารที่ทำให้เกิดการ transfection หรือเคลือบ DNA และทำให้สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องปกติที่ DNA จะถูกจับคู่ร่วมกับ DNA ของไวรัสที่ดัดแปลงซึ่งสามารถใช้เป็นยีนเวกเตอร์เพื่อนำยีนเข้าไปในเซลล์ได้ DNA ที่ดัดแปรพันธุกรรมสามารถถูกห่อหุ้มด้วยโปรตีนจากไวรัสปกติเพื่อสร้าง pseudovirus ซึ่งสามารถติดเชื้อในเซลล์และใส่ดีเอ็นเอที่ถือยีน แต่ไม่สามารถทำซ้ำเพื่อสร้างไวรัสตัวใหม่ได้

สำหรับยีน Dicot จำนวนมากยีนสามารถอยู่ในรูปแบบที่เปลี่ยนแปลงได้ของผู้ให้บริการ T-DNA ของแบคทีเรีย Agrobacterium tumefaciens มีวิธีอื่น ๆ อีกเช่นกัน อย่างไรก็ตามโดยส่วนใหญ่มีเพียงเซลล์จำนวนน้อยเท่านั้นที่รับยีนทำให้การคัดเลือกเซลล์ที่ออกแบบได้เป็นส่วนสำคัญของกระบวนการนี้ นี่คือเหตุผลที่การเลือกหรือเครื่องหมายยีนเป็นสิ่งจำเป็นโดยทั่วไป

แต่คุณจะสร้างเมาส์หรือมะเขือเทศที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรมอย่างไร?

จีเอ็มโอเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์นับล้านเซลล์และเทคนิคข้างต้นจะอธิบายถึงวิธีการทำพันธุกรรมของเซลล์เดี่ยวเท่านั้น อย่างไรก็ตามกระบวนการในการสร้างสิ่งมีชีวิตทั้งตัวเป็นหลักเกี่ยวข้องกับการใช้เทคนิคทางพันธุวิศวกรรมเหล่านี้ในเซลล์สืบพันธุ์ (เช่นตัวอสุจิและเซลล์ไข่) เมื่อมีการใส่ยีนคีย์ส่วนที่เหลือจะใช้เทคนิคการผสมพันธุ์ทางพันธุกรรมเพื่อผลิตพืชหรือสัตว์ที่มียีนใหม่ในเซลล์ทั้งหมดในร่างกาย วิศวกรรมทางพันธุกรรมเป็นเพียงแค่ทำกับเซลล์ ชีววิทยาไม่เหลือ