ما هي الكائنات المعدلة وراثيًا وكيف يتم تصنيعها؟

المعدلة وراثيا اختصار لـ "كائن معدل وراثيا". التعديل الجيني موجود منذ عقود و هي الطريقة الأكثر فعالية وسرعة لإنشاء نبات أو حيوان مع سمة معينة أو صفة مميزة. إنه يتيح تغييرات دقيقة ومحددة في تسلسل الحمض النووي. نظرًا لأن الحمض النووي يشتمل بشكل أساسي على مخطط لكائن كامل ، فإن التغييرات في الحمض النووي تغير ما هو الكائن الحي وما يمكن أن يفعله. تم تطوير تقنيات معالجة الحمض النووي فقط في السنوات الأربعين الماضية.

كيف تقوم بتعديل كائن وراثي؟ في الواقع ، هذا سؤال واسع جدًا. يمكن أن يكون الكائن الحي نباتًا ، أو حيوانًا ، أو فطرًا ، أو بكتيريا ، وكلها يمكن أن تكون ، وقد تم هندستها وراثياً لما يقرب من 40 عامًا. أول الكائنات الحية المعدلة وراثيا كانت البكتيريا في أوائل 1970s. منذ ذلك الحين ، أصبحت البكتيريا المعدلة وراثيًا عاملة في مئات الآلاف من المعامل التي تجري تعديلات جينية على كل من النباتات والحيوانات. تم تصميم وإعداد معظم عمليات تبديل الجينات وتعديلها باستخدام البكتيريا ، وبشكل رئيسي بعض الاختلافات E. القولون، ثم نقلها إلى الكائنات الحية المستهدفة.

النهج العام لتغيير النباتات أو الحيوانات أو الميكروبات وراثيًا متشابهًا من حيث المفهوم. ومع ذلك ، هناك بعض الاختلافات في التقنيات المحددة بسبب الاختلافات العامة بين الخلايا النباتية والحيوانية. على سبيل المثال ، الخلايا النباتية لديها

الحيوانات المعدلة وراثيا هي في المقام الأول لأغراض البحث فقط ، حيث يتم استخدامها في كثير من الأحيان النظم البيولوجية النموذجية لتطوير المخدرات. هناك بعض الحيوانات المعدلة وراثيا التي تم تطويرها لأغراض تجارية أخرى ، مثل الأسماك الفلورية مثل الحيوانات الأليفة ، والبعوض المعدل وراثيا للمساعدة في السيطرة على البعوض الحامل للأمراض. ومع ذلك ، فإن هذه التطبيقات محدودة نسبيًا خارج نطاق الأبحاث البيولوجية الأساسية. حتى الآن ، لم تتم الموافقة على الحيوانات المعدلة وراثيا كمصدر للغذاء. ومع ذلك ، قد يتغير ذلك قريبًا مع AquaAdvantage Salmon الذي يشق طريقه من خلال عملية الموافقة.

مع النباتات ، ومع ذلك ، فإن الوضع مختلف. في حين يتم تعديل الكثير من النباتات لأغراض البحث ، فإن الهدف من معظم التعديل الوراثي للمحاصيل هو جعل سلالة نباتية مفيدة تجاريًا أو اجتماعيًا. على سبيل المثال ، يمكن زيادة الغلات إذا تم تصميم النباتات بمقاومة محسنة للآفات المسببة للأمراض مثل قوس قزح بابايا، أو القدرة على النمو في منطقة غير مضيافة ، وربما أكثر برودة. الفاكهة التي تبقى ناضجة لفترة أطول ، مثل طماطم صيفية لا نهاية لها، يوفر المزيد من الوقت لوقت الرف بعد الحصاد للاستخدام. أيضا ، الصفات التي تعزز القيمة الغذائية ، مثل الأرز الذهبي صممت لتكون غنية بفيتامين (أ) ، أو فائدة الفاكهة ، مثل عدم التحمير التفاح في القطب الشمالي تم أيضا.

بشكل أساسي ، يمكن إدخال أي سمة يمكن إظهارها مع إضافة أو تثبيط جين معين. يمكن أيضًا إدارة السمات التي تتطلب جينات متعددة ، ولكن هذا يتطلب عملية أكثر تعقيدًا لم تتحقق بعد مع المحاصيل التجارية.

قبل شرح كيفية وضع الجينات الجديدة في الكائنات الحية ، من المهم فهم ماهية الجين. كما يعرف الكثيرون على الأرجح ، تتكون الجينات من الحمض النووي ، الذي يتكون جزئيًا من أربع قواعد يُشار إليها عادةً على أنها ببساطة A ، T ، C ، G. يمكن اعتبار الترتيب الخطي لهذه القواعد في صف أسفل حبلا DNA لجين رمزًا لبروتين معين ، تمامًا مثل الأحرف في سطر من نص نصي للجملة.

البروتينات هي جزيئات بيولوجية كبيرة مصنوعة من أحماض أمينية مرتبطة ببعضها البعض في مجموعات مختلفة. عندما يتم ربط المزيج الصحيح من الأحماض الأمينية معًا ، يتم طي سلسلة الأحماض الأمينية معًا في بروتين مع شكل محدد والميزات الكيميائية الصحيحة معا لتمكينها من أداء وظيفة معينة أو رد فعل. تتكون الكائنات الحية إلى حد كبير من البروتينات. بعض البروتينات هي إنزيمات تحفز التفاعلات الكيميائية. يقوم البعض الآخر بنقل المواد إلى الخلايا ويعمل بعضها كمفاتيح تنشيط أو إلغاء تنشيط البروتينات الأخرى أو شلالات البروتين. لذلك ، عندما يتم إدخال جين جديد ، فإنه يعطي الخلية تسلسل الكود لتمكينها من صنع بروتين جديد.

في النباتات والخلايا الحيوانية ، يتم ترتيب كل الحمض النووي تقريبًا في عدة خيوط طويلة تتحول إلى كروموسومات. إن الجينات هي في الواقع مجرد أجزاء صغيرة من التسلسل الطويل للحمض النووي المكون للكروموسوم. في كل مرة تتكرر فيها الخلية ، يتم نسخ جميع الكروموسومات أولاً. هذه هي مجموعة التعليمات المركزية للخلية ، وكل خلية ذرية تحصل على نسخة. لذا ، لإدخال جين جديد يمكّن الخلية من إنتاج بروتين جديد يمنح سمة معينة ، يحتاج المرء ببساطة إلى إدخال القليل من الحمض النووي في أحد خيوط الكروموسوم الطويلة. بمجرد إدراجه ، سيتم تمرير الحمض النووي إلى أي خلايا ابنة عندما تتكاثر الخلية تمامًا مثل جميع الجينات الأخرى.

في الواقع ، أكيد أنواع الحمض النووي يمكن الحفاظ عليها في خلايا منفصلة عن الكروموسومات ويمكن إدخال الجينات باستخدام هذه الهياكل ، لذلك فهي لا تتكامل مع الحمض النووي الكروموسومي. ومع ذلك ، مع هذا النهج ، نظرًا لتغيير الحمض النووي للخلية في الخلية ، لا يتم الاحتفاظ به عادةً في جميع الخلايا بعد تكرار عدة. من أجل التعديل الوراثي الدائم والوراثي ، مثل تلك العمليات المستخدمة في هندسة المحاصيل ، يتم استخدام التعديلات الكروموسومية.

تشير الهندسة الوراثية ببساطة إلى إدخال تسلسل جديد لقاعدة الحمض النووي (يتوافق عادةً مع الجين الكامل) في الحمض النووي الكروموسومي للكائن الحي. قد يبدو هذا واضحًا من حيث المفهوم ، ولكن من الناحية الفنية ، يصبح الأمر أكثر تعقيدًا. هناك العديد من التفاصيل التقنية التي ينطوي عليها الحصول على تسلسل الحمض النووي الصحيح مع الإشارات الصحيحة في الكروموسوم في السياق الصحيح الذي يمكّن الخلايا من التعرف عليه هو جين واستخدامه في تكوين جزيء جديد بروتين.

هناك أربعة عناصر رئيسية مشتركة بين جميع إجراءات الهندسة الوراثية تقريبًا:

1. أولاً ، أنت بحاجة إلى جين. هذا يعني أنك بحاجة إلى جزيء DNA المادي بتسلسلات قاعدة معينة. تقليديا ، تم الحصول على هذه التسلسلات مباشرة من كائن حي باستخدام أي من الأساليب الشاقة العديدة. في الوقت الحاضر ، بدلاً من استخراج الحمض النووي من كائن حي ، يقوم العلماء عادةً بالتوليف من المواد الكيميائية الأساسية A و T و C و G. بمجرد الحصول عليها ، يمكن إدخال التسلسل في قطعة من الحمض النووي البكتيري الذي يشبه كروموسوم صغير (بلازميد) ، وبما أن البكتيريا تتكاثر بسرعة ، فيمكن صنع أكبر قدر من الجين حسب الحاجة.
2. بمجرد الحصول على الجين ، تحتاج إلى وضعه في حبلا DNA محاطًا بتسلسل DNA المحيط الصحيح لتمكين الخلية من التعرف عليه والتعبير عنه. بشكل أساسي ، هذا يعني أنك بحاجة إلى تسلسل DNA صغير يسمى المروج الذي يرسل الخلية للتعبير عن الجين.
3. بالإضافة إلى الجين الرئيسي الذي سيتم إدراجه ، غالبًا ما يكون هناك حاجة إلى جين ثانٍ لتوفير علامة أو تحديد. هذا الجين الثاني هو في الأساس أداة تستخدم لتحديد الخلايا التي تحتوي على الجين.
4. أخيرًا ، من الضروري أن يكون لديك طريقة لتقديم الحمض النووي الجديد (أي المروج والجين الجديد وعلامة الاختيار) في خلايا الكائن الحي. هنالك عدة طرق لعمل هذا. بالنسبة للنباتات ، هو المفضل لدي بندقية الجينات النهج الذي يستخدم بندقية 22 المعدلة لاطلاق النار التنغستن المغلفة DNA أو جزيئات الذهب في الخلايا.

مع الخلايا الحيوانية ، هناك عدد من الكواشف ترنسفكأيشن تقوم بتغطية أو تعقيد الحمض النووي وتمكنه من المرور عبر أغشية الخلية. من الشائع أيضًا أن يتم ربط DNA معًا تعديل الحمض النووي الفيروسي التي يمكن استخدامها كناقل للجينات لنقل الجين إلى الخلايا. يمكن تغليف الحمض النووي الفيروسي المعدل بالبروتينات الفيروسية العادية لإنتاج فيروس زائف يمكن أن يصيب الخلايا ويدخل الحمض النووي الذي يحمل الجين ، ولكن لا يتكرر لصنع فيروس جديد.

بالنسبة للعديد من نباتات ديكوت ، يمكن وضع الجين في متغير معدل لحامل T-DNA لبكتيريا Agrobacterium tumefaciens. هناك بعض الطرق الأخرى أيضًا. ومع ذلك ، في معظم الحالات ، لا يلتقط سوى عدد صغير من الخلايا الجين مما يجعل اختيار الخلايا المهندسة جزءًا مهمًا من هذه العملية. هذا هو السبب في ضرورة وجود جين محدد أو محدد.

الكائنات المعدلة وراثيًا عبارة عن كائن حي يحتوي على ملايين الخلايا ، ولا تصف التقنية أعلاه إلا كيفية هندسة الخلايا الفردية وراثيًا. ومع ذلك ، فإن عملية تكوين كائن كامل تتضمن بشكل أساسي استخدام تقنيات الهندسة الوراثية هذه على الخلايا الجرثومية (أي الحيوانات المنوية وخلايا البويضة). بمجرد إدخال الجين الرئيسي ، تستخدم بقية العملية بشكل أساسي تقنيات التربية الجينية لإنتاج نباتات أو حيوانات تحتوي على الجين الجديد في جميع الخلايا في أجسامهم. يتم إجراء الهندسة الوراثية على الخلايا. علم الأحياء يقوم بالباقي.