Een gen, vanuit een biochemisch basisstandpunt, is een segment van desoxyribonucleïnezuur (DNA) in elke cel van een organisme dat de genetische code draagt voor het samenstellen van een bepaald eiwitproduct. Op een meer functioneel en dynamisch niveau bepalen genen wat organismen - dieren, planten, schimmels en zelfs bacteriën - zijn en waar ze zich voor moeten ontwikkelen.

Terwijl het gedrag van genen wordt beïnvloed door omgevingsfactoren (bijv. , voeding) en zelfs door andere genen, dicteert de samenstelling van uw genetische materiaal overweldigend bijna alles over u, zichtbaar en ongezien, van de grootte van uw lichaam tot uw reactie op microbiële indringers, allergenen en andere externe middelen.

Het vermogen om genen op specifieke manieren te veranderen, aan te passen of te engineeren, zou daarom de optie introduceren om prachtig op maat gemaakte organismen - inclusief mensen - te creëren met behulp van bepaalde combinaties van DNA waarvan bekend is dat ze bepaalde genen bevatten.

Het proces van het wijzigen van het genotype van een organisme (losjes gezegd, de som van zijn individuele genen) en dus zijn genetische "blauwdruk" staat bekend als genetische modificatie
. Dit soort biochemisch manoeuvreren, ook wel genetische manipulatie genoemd, is de afgelopen decennia uit de realiteit van science fiction naar de realiteit gekomen.

Bijbehorende ontwikkelingen hebben in beide opwinding geprikkeld in het vooruitzicht de menselijke gezondheid te verbeteren en kwaliteit van leven en tal van netelige en onontkoombare ethische kwesties op verschillende fronten.
Genetische modificatie: definitie

Genetische modificatie is elk proces waarbij genen worden gemanipuleerd, gewijzigd, verwijderd of aangepast om te amplificeren , verander of pas een bepaald kenmerk van een organisme aan. Het is de manipulatie van eigenschappen op het absolute wortel- of cellulaire niveau.

Overweeg het verschil tussen het routinematig stylen van je haar op een bepaalde manier en het feitelijk in staat zijn om de kleur, lengte en algemene rangschikking van je haar te regelen (bijv. recht tegenover krullend) zonder haarverzorgingsproducten te gebruiken, in plaats daarvan vertrouwt u op ongeziene componenten van uw lichaam instructies over hoe u een gewenst cosmetisch resultaat kunt bereiken en verzekeren, en krijgt u een idee van waar genetische modificatie om draait.

Omdat alle levende organismen DNA bevatten, kan genetische manipulatie worden uitgevoerd op alle organismen, van bacteriën tot planten tot mensen.

Terwijl u dit leest, groeit het veld van genetische manipulatie met nieuwe mogelijkheden en praktijken op het gebied van landbouw, medicijnen, productie en andere gebieden.
Wat genetische modificatie niet is

Het is belangrijk om het verschil te begrijpen tussen letterlijk veranderende genen en zich gedragen in aw ay dat gebruik maakt van een bestaand gen.

Veel genen werken niet onafhankelijk van de omgeving waarin het ouderorganisme leeft. Dieetgewoonten, verschillende soorten stress (bijvoorbeeld chronische ziekten, die al dan niet een eigen genetische basis hebben) en andere dingen die organismen routinematig tegenkomen, kunnen de genexpressie beïnvloeden, of het niveau waarop genen worden gebruikt om de eiwitproducten te maken waarvoor ze coderen.

Als je uit een familie van mensen komt die genetisch geneigd zijn langer en zwaarder dan gemiddeld te zijn, en je streeft naar een atletische carrière in een sport die kracht en grootte bevordert, zoals basketbal of hockey, je kunt gewichten heffen en een robuuste hoeveelheid voedsel eten om je kansen om zo groot en sterk mogelijk te zijn te maximaliseren.

Maar dit is anders dan in staat zijn om nieuwe genen in je DNA te plaatsen die vrijwel een voorspelbaar niveau van spier- en botgroei en, uiteindelijk, een mens met alle typische eigenschappen van een sportster.
Soorten genetische modificatie

Er bestaan veel soorten genetische manipulatietechnieken, en niet allemaal vereisen de manipulatie van genen tic materiaal met behulp van geavanceerde laboratoriumapparatuur.

Elk proces waarbij de genenpool van een organisme actief en systematisch wordt gemanipuleerd, of de som van de genen in elke populatie die zich voortplant door te fokken (dwz seksueel), kwalificeert als genetische manipulatie. Sommige van deze processen zijn natuurlijk inderdaad toonaangevend op het gebied van technologie.

Kunstmatige selectie: ook wel eenvoudige selectie of selectieve veredeling genoemd, kunstmatige selectie is het kiezen van ouderorganismen met een bekend genotype om nakomelingen in te produceren hoeveelheden die niet zouden voorkomen als de natuur alleen de ingenieur was, of op zijn minst alleen zou voorkomen op veel grotere tijdschalen.

Wanneer boeren of hondenfokkers selecteren welke planten of dieren moeten worden gefokt om nakomelingen met bepaalde te verzekeren eigenschappen die mensen om een of andere reden wenselijk vinden, ze oefenen een alledaagse vorm van genetische modificatie uit.

Geïnduceerde mutagenese: dit is het gebruik van röntgenstralen of chemicaliën om mutaties te veroorzaken (niet-geplande, vaak spontane veranderingen in DNA) in specifieke genen of DNA-sequenties van bacteriën. Het kan resulteren in het ontdekken van genvarianten die beter (of indien nodig slechter) presteren dan het 'normale' gen. Dit proces kan helpen nieuwe "lijnen" van organismen te creëren.

Hoewel mutaties vaak schadelijk zijn, zijn ze ook de fundamentele bron van genetische variabiliteit in het leven op aarde. Als gevolg hiervan verhoogt het induceren in grote aantallen, hoewel zeker om populaties van minder geschikte organismen te creëren, ook de kans op een gunstige mutatie, die vervolgens voor menselijke doeleinden kan worden uitgebuit met behulp van aanvullende technieken.

Virale of plasmidevectoren: wetenschappers kunnen een gen introduceren in een faag (een virus dat bacteriën of hun prokaryotische verwanten, de Archaea) of een plasmidevector infecteert, en vervolgens het gemodificeerde plasmide of de faag in andere cellen plaatsen om het nieuwe gen in die cellen te introduceren cellen.

Toepassingen van deze processen zijn onder meer toenemende weerstand tegen ziekten, het overwinnen van antibioticaresistentie en het verbeteren van het vermogen van een organisme om weerstand te bieden aan omgevingsstressoren zoals extreme temperaturen en toxines. Als alternatief kan het gebruik van dergelijke vectoren een bestaande eigenschap versterken in plaats van een nieuwe te creëren.

Met plantenteelttechnologie kan een plant worden "besteld" om vaker te bloeien, of kunnen bacteriën worden geïnduceerd om een eiwit te produceren of chemische stoffen die ze normaal niet zouden hebben.

Retrovirale vectoren: hier worden delen van DNA die bepaalde genen bevatten in deze speciale soorten virussen gestopt, die vervolgens het genetische materiaal naar de cellen van een ander organisme transporteren. Dit materiaal is opgenomen in het gastheergenoom zodat ze samen met de rest van het DNA in dat organisme tot expressie kunnen worden gebracht.

In eenvoudige bewoordingen houdt dit in dat een streng gastheer-DNA wordt afgesneden met behulp van speciale enzymen, waarbij de nieuwe gen in de kloof die ontstaat door het knippen en verbinden van het DNA aan beide uiteinden van het gen met het gastheer-DNA.

"Klop in, knock-out" -technologie: Zoals de naam al doet vermoeden, biedt dit type technologie de mogelijkheid volledige of gedeeltelijke verwijdering van bepaalde delen van DNA of bepaalde genen ("knock-out"). In dezelfde lijn kunnen de menselijke ingenieurs achter deze vorm van genetische modificatie kiezen wanneer en hoe een nieuw gedeelte van het DNA of een nieuw gen wordt ingeschakeld ("knock-in").

Injectie van genen in ontluikende organismen: Het injecteren van genen of vectoren die genen in eieren (eicellen) bevatten, kunnen de nieuwe genen opnemen in het genoom van het zich ontwikkelende embryo, die daarom tot expressie worden gebracht in het organisme dat uiteindelijk resulteert.
Gene Cloning

Gene cloning - is een voorbeeld van het gebruik van plasmidevectoren. Plasmiden, die cirkelvormige stukjes DNA zijn, worden geëxtraheerd uit een bacteriële of gistcel. Restrictie-enzymen, eiwitten die DNA op specifieke plaatsen in het molecuul 'knippen', worden gebruikt om het DNA af te knippen, waardoor een lineaire streng van het cirkelvormige molecuul ontstaat. Vervolgens wordt het DNA voor het gewenste gen in het plasmide "geplakt", dat in andere cellen wordt geïntroduceerd.

Ten slotte beginnen die cellen het gen te lezen en te coderen dat kunstmatig aan het plasmide was toegevoegd.

Gerelateerde inhoud: RNA-definitie, functie, structuur

Gene klonen omvat vier basisstappen. In het volgende voorbeeld is uw doel om een stam van E te produceren. coli en bacteriën die gloeien in het donker. (Normaal gesproken hebben deze bacteriën natuurlijk deze eigenschap niet; anders zouden plaatsen zoals de riolering van de wereld en veel van de natuurlijke waterwegen een duidelijk ander karakter krijgen, omdat E. coli
de overhand heeft in het menselijke maagdarmkanaal.)

1. Isoleer het gewenste DNA. Eerst moet u een gen vinden of maken dat codeert voor een eiwit met de vereiste eigenschap - in dit geval gloeien in het donker. Bepaalde kwallen maken dergelijke eiwitten en het verantwoordelijke gen is geïdentificeerd. Dit gen wordt het doel-DNA genoemd. Tegelijkertijd moet u bepalen welk plasmide u gaat gebruiken; dit is het vector-DNA
.

2. Splits het DNA met behulp van restrictie-enzymen. Deze eerder genoemde eiwitten, ook wel restrictie-endonucleasen genoemd, zijn er in overvloed in de bacteriële wereld. In deze stap gebruikt u hetzelfde endonuclease om zowel het doel-DNA als het vector-DNA te knippen.

Sommige van deze enzymen snijden recht over beide strengen van het DNA-molecuul, terwijl ze in andere gevallen een "verspringend" maken knippen, waardoor kleine stukken enkelstrengs DNA worden blootgesteld. Deze laatste worden plakkerige uiteinden
genoemd.

3. Combineer het doel-DNA en het vector-DNA. U voegt nu de twee soorten DNA samen met een enzym genaamd DNA-ligase
, dat functioneert als een uitgebreide soort lijm. Dit enzym keert het werk van de endonucleasen om door de uiteinden van de moleculen samen te voegen. Het resultaat is een chimera
, of een streng recombinant DNA
.

Menselijke insuline, naast vele andere vitale chemicaliën, kan worden gemaakt met behulp van recombinante technologie.

4. Introduceer het recombinante DNA in de gastheercel. Nu heb je het gen dat je nodig hebt en een middel om het naar waar het hoort te brengen. Er zijn een aantal manieren om dit te doen, waaronder transformatie
, waarbij zogenaamde competente cellen het nieuwe DNA opvegen, en elektroporatie
, waarin een puls van elektriciteit wordt gebruikt om het celmembraan kort te verstoren zodat het DNA-molecuul de cel kan binnendringen.
Genetische modificatievoorbeelden

Kunstmatige selectie: hondenfokkers kunnen kiezen voor verschillende eigenschappen, met name vachtkleur. Als een bepaalde fokker van Labrador-retrievers een toename van de vraag naar een bepaalde kleur van het ras ziet, kan hij of zij systematisch fokken voor de betreffende kleur.

Gentherapie: bij iemand met een defect gen, een kopie van het werkende gen kan in de cellen van die persoon worden geïntroduceerd zodat het vereiste eiwit kan worden gemaakt met behulp van vreemd DNA.

GM-gewassen: genetische modificatie landbouwmethoden kunnen worden gebruikt om genetisch gemodificeerde (GM) gewassen zoals herbicide te maken -resistente planten, gewassen die meer fruit opleveren in vergelijking met conventionele veredeling, GM-planten die bestand zijn tegen koude, gewassen met een verbeterde totale oogstopbrengst, voedingsmiddelen met een hogere voedingswaarde enzovoort.

Meer in het algemeen, in de 21e eeuw zijn genetisch gemodificeerde organismen (GGO's) uitgegroeid tot een hot-button-probleem op de Europese en Amerikaanse markten vanwege zorgen over voedselveiligheid en bedrijfsethiek rond de genetische modificatie van gewassen.

Genetisch gemodificeerde dieren: Een voorbeeld van GM-voedsel in de veehouderij fokt kippen die groter en sneller groeien om meer borstvlees te produceren. Recombinante DNA-technologiepraktijken zoals deze roepen ethische zorgen op vanwege de pijn en het ongemak die het de dieren kan veroorzaken.

Genbewerking: een voorbeeld van genbewerking of genoombewerking is CRISPR
, of geclusterd met regelmatig tussenliggende korte palindromische herhalingen
. Dit proces is "geleend" van een methode die door bacteriën wordt gebruikt om zichzelf te verdedigen tegen virussen. Het gaat om zeer gerichte genetische modificatie van verschillende delen van het doelgenoom.

In CRISPR, gids ribonucleïnezuur
(gRNA), een molecuul met dezelfde sequentie als de doelplaats in het genoom, wordt gecombineerd in de gastheercel met een endonuclease genaamd Cas9. Het gRNA zal binden aan de doel-DNA-plaats en Cas9 meesleuren. Deze bewerking van het genoom kan leiden tot het "knock-out" van een slecht gen (zoals een variant die betrokken is bij het veroorzaken van kanker) en in sommige gevallen kan het slechte gen worden vervangen door een gewenste variant.