Genetik Modifikasyonun Temelleri
GDO, "genetiği değiştirilmiş organizma" için kısa. Genetik modifikasyon onlarca yıldan beri olmuştur ve belirli bir özellik ya da karakteristikle bir bitki ya da hayvan yaratmanın en etkili ve hızlı yoludur. DNA dizisine kesin spesifik değişiklikler sağlar. DNA esasen tüm organizma için bir plan oluşturduğundan, DNA'daki değişiklikler organizmanın yapabileceği fonksiyonları değiştirir.
DNA'yı doğrudan manipüle etmek için son 40 yıl içinde geliştirilen teknikleri kullanarak bunu yapmak için başka bir yol yoktur.
Bir organizmayı nasıl genetik olarak değiştirirsiniz? Aslında bu oldukça geniş bir soru. Bir organizma, bir bitki, hayvan, mantar veya bakteri olabilir ve bunların hepsi genetik olarak 40 yıldan fazla bir süre için tasarlanmış ve olabilir. İlk genetik olarak yapılandırılmış organizmalar 1970'lerin başlarında bakterilerdi . O zamandan beri, genetik olarak değiştirilmiş bakteriler, hem bitkilerde hem de hayvanlarda genetik modifikasyonlar yapan yüzbinlerce laboratuarın çalışma gücüne dönüştü. Temel gen karıştırma ve modifikasyonlarının çoğu, esas olarak E. coli'nin bazı varyasyonları olan bakteriler kullanılarak tasarlanmış ve hazırlanmıştır, daha sonra hedef organizmalara aktarılmıştır.
Bitkileri, hayvanları veya mikropları genetik olarak değiştirmek için genel yaklaşım kavramsal olarak oldukça benzerdir. Bununla birlikte, bitki ve hayvan hücreleri arasındaki genel farklılıklardan dolayı belirli tekniklerde bazı farklılıklar vardır.
Örneğin, bitki hücreleri hücre duvarlarına ve hayvan hücrelerine sahip değildir.
Bitki ve Hayvanların Genetik Modifikasyonlarının Nedenleri
GM hayvanları, çoğunlukla, ilaç geliştirme için kullanılan model biyolojik sistemler olarak, çoğunlukla araştırma amaçlı yapılır. Evcil hayvan olarak floresan balık ve hastalık taşıyan sivrisinekleri kontrol etmek için GM sivrisinek gibi diğer ticari amaçlar için geliştirilen bazı GM hayvanlar olmuştur.
Bununla birlikte, bunlar temel biyolojik araştırmaların dışında nispeten sınırlı bir uygulamadır. Şimdiye kadar, hiçbir GM hayvanı besin kaynağı olarak onaylanmamıştır. Ancak, yakında, onay süreci boyunca yoluna devam eden AquaAdvantage Somon ile değişebilir.
Bununla birlikte, bitkiler ile durum farklıdır. Bir çok bitki araştırma için modifiye edilirken, çoğu ürün genetik modifikasyonunun amacı, ticari veya sosyal açıdan faydalı bir bitki zorlaması yapmaktır. Örneğin, bitkiler, Rainbow Papaya gibi hastalığa neden olan bir haşere için geliştirilmiş dirençle ya da misafirperver ve belki de daha soğuk bir bölgede yetişme yeteneği ile geliştiriliyorsa verim arttırılabilir. Sonsuz Yaz Domatesleri gibi daha uzun süre olgunlaşan meyve, kullanımdan sonra hasattan sonra raf süresi için daha fazla zaman sağlar. Ayrıca, A vitamini bakımından zengin olarak tasarlanan Golden Rice veya meyveli kahverengi olmayan Arctic Elmalar gibi besinlerin faydasını artıran özellikler de yapılmıştır.
Esas olarak, spesifik bir genin eklenmesi veya inhibisyonu ile ortaya çıkabilen herhangi bir özellik tanıtılabilir. Birden fazla gen gerektiren özellikler de yönetilebilir, ancak bu, ticari ürünlerle henüz elde edilmemiş daha karmaşık bir süreç gerektirir.
Gen Nedir?
Yeni genlerin organizmalara nasıl konulduğunu açıklamadan önce, bir genin ne olduğunu anlamak önemlidir. Muhtemelen bildiği gibi, genler genellikle basitçe A, T, C, G olarak belirtilen dört temelden oluşan DNA'dan oluşur. Bu bazların, bir genin DNA dizisi aşağı doğru sırayla dizilişi, belirli bir proteinin kodu olarak, bir cümle için bir metin kodu satırında olduğu gibi, bir kod olarak düşünülebilir.
Proteinler, çeşitli kombinasyonlarda birbirine bağlı amino asitlerden oluşan büyük biyolojik moleküllerdir. Amino asitlerin doğru kombinasyonu birbirine bağlandığında, amino asit zinciri, belirli bir işlevi veya reaksiyonu gerçekleştirebilmesi için birlikte, spesifik bir şekle ve doğru kimyasal özelliklere sahip bir proteine katılır. Canlılar büyük ölçüde proteinlerden oluşur. Bazı proteinler, kimyasal reaksiyonları katalize eden enzimlerdir; diğerleri hücrelere materyal taşırlar ve bazıları diğer proteinleri veya protein kaskadlarını aktive eder veya devre dışı bırakırlar.
Böylece, yeni bir gen verildiğinde, hücreye yeni bir protein yapmak için kod dizisini verir.
Hücreler Genlerini Nasıl Organize Ediyor?
Bitkiler ve hayvan hücrelerinde, DNA'nın neredeyse tamamı, kromozomlara sarılmış birkaç uzun iplik halinde sıralanır. Genler aslında bir kromozom oluşturan uzun DNA dizisinin sadece küçük bölümleridir. Bir hücre her tekrarlandığında, ilk olarak tüm kromozomlar çoğaltılır. Bu, hücrenin merkezi talimat kümesidir ve her döl hücresi bir kopyasını alır. Bu nedenle, hücrenin belirli bir özelliği veren yeni bir protein yapmasını sağlayan yeni bir geni tanıtmak için, uzun bir kromozom iplikçiğinin bir tanesine DNA'nın biraz sokulması yeterlidir. Eklendiğinde, DNA, diğer tüm genler gibi hücre kopyalandığında herhangi bir hücre hücresine geçecektir.
Gerçekte, kromozomlardan ayrı hücrelerde belirli DNA türleri korunabilir ve bu yapılar kullanılarak genler, kromozomal DNA'ya entegre edilmeleri için eklenebilir. Bununla birlikte, bu yaklaşımla, hücrenin kromozomal DNA'sı değiştirildiği için, çoğu replikasyondan sonra genellikle tüm hücrelerde korunmaz. Bitkisel mühendislik için kullanılan süreçler gibi kalıcı ve kalıtımsal genetik modifikasyon için, kromozomal modifikasyonlar kullanılır.
Yeni Bir Gen Nasıl Eklenir?
Genetik mühendisliği basitçe organizmanın kromozomal DNA'sına yeni bir DNA baz dizisinin (genellikle bir gene karşılık gelen) eklenmesini ifade eder. Bu kavramsal olarak basit görünebilir, ancak teknik olarak biraz daha karmaşıklaşır. Doğru DNA dizisini doğru sinyallerle doğru bağlamda almak, hücrelerin onu tanımasını sağlayan bir gen olduğunu ve yeni bir protein üretmek için kullandığı birçok teknik detay vardır.
Neredeyse tüm genetik mühendisliği prosedürlerinde ortak olan dört temel unsur vardır:
- İlk önce bir gene ihtiyacın var. Bu, belirli baz dizileri ile fiziksel DNA molekülüne ihtiyacınız olduğu anlamına gelir. Geleneksel olarak, bu diziler, çeşitli zahmetli tekniklerin herhangi biri kullanılarak doğrudan bir organizmadan elde edildi. Günümüzde, bir organizmadan DNA çıkarmak yerine, bilim adamları tipik olarak basit A, T, C, G kimyasallarından sentezliyorlar. Elde edildikten sonra, dizi, küçük bir kromozom (bir plazmit) gibi olan ve bakteriler hızla çoğaldığı için ihtiyaç duyulduğu kadar genin çoğunun yapılabildiği bir bakteriyel DNA parçasına eklenebilir.
- Geni aldıktan sonra, hücreyi tanıması ve ifade etmesi için sağdaki DNA dizisi ile çevrelenmiş bir DNA dizisine yerleştirmeniz gerekir. Prensip olarak, bu, genin eksprese edilmesi için hücreye sinyal veren bir promoter olarak adlandırılan küçük bir DNA dizisine ihtiyaç duyduğunuz anlamına gelir.
- Eklenecek olan ana gene ek olarak, genellikle bir işaretleyici veya seçim sağlamak için ikinci bir gene ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ikinci gen, esasen, geni içeren hücreleri tanımlamak için kullanılan bir araçtır.
- Son olarak, organizmanın hücrelerine yeni DNA (yani, promoter, yeni gen ve seçim markeri) iletme yöntemine sahip olmak gereklidir. Bunu yapmanın çeşitli yolları var. Bitkiler için en sevdiğim, DNA kaplı tungsten veya altın parçacıklarını hücrelere çekmek için değiştirilmiş 22 tüfek kullanan gen silahı yaklaşımıdır.
Hayvan hücreleri ile, DNA'yı kaplayan veya kompleksleyen ve hücre zarlarından geçmesini sağlayan bir dizi transfeksiyon reaktifi vardır. Aynı zamanda, DNA'nın, genin hücrelere taşınması için bir gen vektörü olarak kullanılabilen değiştirilmiş viral DNA ile bir araya getirilmesi de yaygındır. Modifiye edilmiş viral DNA, virüsleri enfekte edebilen ve geni taşıyan DNA'yı sokabilen fakat yeni virüs yapmak için çoğalmayan bir psödovirüs yapmak için normal viral proteinlerle kapsüllenebilir.
Birçok dikot bitkileri için, gen Agrobacterium tumefaciens bakterisinin T-DNA taşıyıcısının değiştirilmiş bir varyantına yerleştirilebilir. Başka birkaç yaklaşım da var. Bununla birlikte, en çok, sadece az sayıda hücre, bu işlemin kritik bir parçasını oluşturan hücrelerin seçimini yapan genleri alır. Bu yüzden bir seçim veya işaretleyici gen tipik olarak gereklidir.
Ama, Nasıl Genetik Olarak Tasarlanmış Fare veya Domates Yaparsınız?
Bir GDO milyonlarca hücreye sahip bir organizmadır ve yukarıdaki teknik sadece tek hücrelerin nasıl genetik mühendisliği yapılacağını açıklar. Bununla birlikte, bütün bir organizmayı üretme süreci, esas olarak bu genetik mühendisliği tekniklerinin germ hücreleri (yani, sperm ve yumurta hücreleri) üzerinde kullanılmasını içerir. Anahtar gen eklendikten sonra, sürecin geri kalanı temel olarak vücutlarındaki tüm hücrelerde yeni geni içeren bitkiler veya hayvanlar üretmek için genetik üretim tekniklerini kullanır. Genetik mühendisliği gerçekten sadece hücrelere yapılır. Biyoloji dinlenme yapar.