Jak sztucznie zmodyfikowane DNA organizmu w systemie laboratoryjnym?

Wszystkie żywe istoty mają szereg genów w swoim DNA, które określają cechy każdej osoby. Od koloru włosów Yorkshire Terrier po kolor oczu papugi, wysokość żyrafy lub smak mandarynki, wszystko zależy od genów.

Zestaw genów, które każda żywa istota jest znana jako jego genotyp, a obserwowalne cechy, które geny te wytwarzają w jednostce, są znane jako ich Fenotyp.

Wiele razy naukowcy są zainteresowani modyfikacją genów w DNA w celu uzyskania określonego fenotypu. W niektórych przypadkach ten fenotyp może być odpornością rośliny na plagę lub rozmiar i smak owocu. Jednak w innych przypadkach ta modyfikacja może dążyć do wyleczenia dziedzicznej choroby, a nawet raka.

Ale w jaki sposób naukowcy, genetycy i biolodzy molekularni robią sztucznie modyfikując DNA, aby osiągnąć te cele? Robią to za pomocą różnych technik inżynierii genetycznej. Techniki te pozwalają mu modyfikować kod genetyczny lub wstawić geny i inne kawałki materiału genetycznego z jednej osoby na drugą.

Najczęściej stosowane techniki to:

• Indukowane mutacje za pomocą promieniowania i mutanów chemicznych.
• Transformacja.
• Transfekcja.
• Transdukcja.

Indukowane mutacje

Mutacja to każda zmiana w normalnej sekwencji DNA. Mogą się one wystąpić, a w rzeczywistości występują naturalnie przez różne mechanizmy, gdy komórki są podzielone lub odtwarzane, co jest jedną z sił napędzających ewolucję w żywych istotach.

Oprócz naturalnego wydarzenia naukowcy odkryli lata temu, że mutacje mogą być indukowane w laboratorium. Odbywa się to poprzez środki mutagenowe (generatory mutacji) fizyczne i chemiczne.

Indukowane mutacje, podobnie jak tubylcy, występują całkowicie losowo. Oznacza to, że nie możemy kontrolować, który gen lub która konkretna komórka będzie cierpieć mutacja, ani jakiego konkretnego mutacji będzie cierpieć.

W konsekwencji, gdy biolodzy chcą rozwinąć suszę bardziej odporną roślinę do walki na świat, na przykład to, co zwykle robią, to indukują mutacje w milionach i milionach komórek tej rośliny, z nadzieją, że którąkolwiek z tych komórek zawiera pożądane mutacja. Następnie, kiedy ją dostaną, rozmnażają tę komórkę, aż dostaniesz pełną roślinę.

Jak wspomniano powyżej, istnieją dwie główne klasy mutagenów, fizyków i chemików.

Mutacje indukowane przez fizyczne mutany

Najczęściej stosowanym mutagenem fizycznym w laboratorium w celu indukcji mutacji jest promieniowanie jonizujące. Ma to możliwość generowania wielkich zmian w DNA, takich jak:

• Delecje lub eliminacja kompletnych kawałków DNA lub kawałków chromosomów.
• Inwestycje z sekwencji.
• Translokacje, w których kawałek chromosomu przenosi się do innego miejsca innego niż jego pierwotna pozycja.

Indukowane mutacje za pomocą mutanów chemicznych

Mutany chemiczne są substancjami chemicznymi, które reagują z DNA lub zakłócają ich replikację, generalnie powodując specyficzne zmiany w sekwencji. Wiele substancji rakotwórczych, takich jak niektóre środki konserwujące lub sztuczne barwniki, to chemiczne mutagenki.

Transformacja

Oprócz indukowanych mutacji biotechnologowie i inżynierowie genetyczni również wykorzystują inne techniki do modyfikacji DNA. Jedną z tych technik jest transformacja, która składa się z procesu, w którym bakteria pochłania DNA innej bakterii przez ścianę komórkową.

Transformacja jest nie tylko wykorzystywana przez naukowców do wytwarzania bakterii o specjalnych cechach genetycznych, ale jest to również jeden ze sposobów jako nieszkodliwych lub nawet korzystnych bakterii, takich jak te, które mamy w jelicie, są przekształcane w bakterie patogenne zdolne do zachorowania.

Transfekcja

Gdy opisany powyżej proces transformacji jest przeprowadzany u zwierząt, nazywa się to transfekcją. Innymi słowy, transfekcja jest sposobem, w jaki biotechnologowie wprowadzają obcy DNA do komórek zwierzęcych, takich jak komórki ludzkie.

Ponieważ komórki zwierzęce nie mają naturalnej zdolności do wchłaniania DNA środowiska zewnętrznego, normalnie przeprowadzany jest proces zwany elektroporacją, który generuje duże pory w błonie komórkowej, przez które DNA może wejść.

Transdukcja

Transformacja i transfekcja nie są bardzo wydajnymi sposobami wprowadzania genów do komórki, ponieważ DNA jest łatwo złamane, gdy jest on poza komórką. Z tego powodu, gdy chcesz zmienić kod organizmu, w tym celu zwykle używany jest system stworzony z natury: wirus.

Wirusy to duże kompleksy molekularne utworzone przez białka i DNA lub RNA. Istnieje wiele różnych rodzajów wirusów, które działają na różne sposoby, ale zasada jest zawsze taka sama: przez zarażanie komórki wirus wprowadza jej DNA do zmuszenia maszyny komórkowej do ich odtworzenia i przełożenia na więcej cząstek wirusowych.

Transdukcja jest procesem modyfikacji genetycznej, który wykorzystuje tę osobliwość wirusów, ale w celu wprowadzenia DNA, którego chcą naukowcy, zamiast wirusa DNA.

Korzystając z różnych technik biologii molekularnej, naukowcy otrzymują skorupę wirusa i wprowadzają DNA, które chcą uwzględnić w komórce. Następnie zarażają komórkę tym zmodyfikowanym „wirusem”.

Szczepionki przeciwko koronawirusowi: przykład modyfikacji genetycznej przez transdukcję

Może wydawać się dziwne, że miliony ludzi niedawno otrzymały terapię genetyczną, ale w pewnym sensie jest to prawdą. Wynika to z faktu, że niektóre zastosowane szczepionki i które są nadal stosowane do walki z chorobą wytwarzaną przez Coronawirus SARS-COV-2, COVID-19, wykorzystują zasadę transdukcji do genetycznej modyfikacji komórek pacjenta.

Przykładami tego są szczepionki wirusowe wektorowe, takie jak szczepionka Janssen, autor: Johnson i Johnson oraz Chadox1 opracowane między University of Oxford a AstraZeneca Company of the Wielka Brytania. Ta szczepionka została wyprodukowana przy użyciu skorupy wirusa szympansa, w którym wprowadzono geny wytwarzane przez puyas korony koronawirusowej.

Bibliografia

1. Hiszpańskie stowarzyszenie pediatryczne. (2020, 14 grudnia). Szczepionki Viral Vector: Chadox1 z University of Oxford i AstraZeneca. Odzyskane z https: // vaccunasaep.Org/profesjonaliści/news/covid-vacunas-victor-viral-chadox1-oksford-aastrazeneca
2. Międzynarodowe Stowarzyszenie Energii Atomowej, IAEA. (S. F.). Indukcja mutacji w roślinach | Oiea. Odzyskane z https: // www.IAEA.org/es/tematy/indukcja mutacji
3. MedlinePlus. (2021, 15 lipca). Szczepionka Covid-19, wektor wirusowy (Janssen [Johnson and Johnson]): Medlineplus Medicines. Odzyskane z https: // medlineplus.Gov/hiszpański/inkustra/meds/a621007-es.Html
4. Novak, f. J., I Brunner, H. (1992). Fitotechnika: technologia indukowanej mutacji do poprawy upraw. Biuletyn oiea, 25-33. Odzyskane z https: // www.IAEA.org/witryny/domyślne/pliki/344056825333_es.PDF