10.2: Bioteknolojia katika Tiba na Kilimo

Ni rahisi kuona jinsi bioteknolojia inaweza kutumika kwa madhumuni ya dawa. Maarifa ya babies maumbile ya aina zetu, msingi wa maumbile ya magonjwa heritable, na uvumbuzi wa teknolojia ya kuendesha na kurekebisha jeni mutant hutoa mbinu za kutibu magonjwa. Bioteknolojia katika kilimo inaweza kuongeza upinzani dhidi ya magonjwa, wadudu, na matatizo ya mazingira ili kuboresha mavuno ya mazao na ubora.

Utambuzi wa maumbile na Tiba ya jeni

Mchakato wa kupima kwa kasoro za maumbile zilizosababishwa kabla ya kusimamia matibabu huitwa uchunguzi wa maumbile na kupima maumbile. Katika baadhi ya matukio ambayo ugonjwa wa maumbile unapo katika familia ya mtu binafsi, wajumbe wa familia wanaweza kushauriwa kupima maumbile. Kwa mfano, mabadiliko katika jeni ya BRCA yanaweza kuongeza uwezekano wa kuendeleza saratani ya matiti na ovari kwa wanawake na baadhi ya saratani nyingine kwa wanawake na wanaume. Mwanamke aliye na saratani ya matiti anaweza kupimwa kwa mabadiliko haya. Ikiwa mojawapo ya mabadiliko ya hatari yanapatikana, ndugu zake wa kike wanaweza pia kutaka kupimwa kwa mabadiliko hayo fulani, au tu kuwa macho zaidi kwa tukio la saratani. Upimaji wa maumbile hutolewa pia kwa fetusi (au majusi yaliyo na mbolea ya vitro) ili kuamua kuwepo au kutokuwepo kwa jeni zinazosababisha magonjwa katika familia zilizo na magonjwa maalum yanayodhoofisha.

DHANA KATIKA HATUA

Angalia jinsi DNA ya binadamu inavyoondolewa kwa matumizi kama vile upimaji wa maumbile.

Tiba ya jeni ni mbinu ya uhandisi wa maumbile ambayo inaweza kutumika siku moja kutibu magonjwa fulani ya maumbile. Katika hali yake rahisi, inahusisha kuanzishwa kwa jeni isiyo na mutated katika eneo random katika jenomu kutibu ugonjwa kwa kuchukua nafasi ya protini ambayo inaweza kuwa mbali katika watu hawa kwa sababu ya mabadiliko ya maumbile. Jeni isiyo ya mutated kwa kawaida huletwa katika seli za wagonjwa kama sehemu ya vector inayoambukizwa na virusi, kama vile adenovirus, ambayo inaweza kuambukiza kiini cha jeshi na kutoa DNA ya kigeni ndani ya genome ya kiini kilicholengwa (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). To date, gene therapies have been primarily experimental procedures in humans. A few of these experimental treatments have been successful, but the methods may be important in the future as the factors limiting its success are resolved.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mchoro huu unaonyesha hatua zinazohusika katika kuponya magonjwa na tiba ya jeni kwa kutumia vector adenovirus. (mikopo: mabadiliko ya kazi na NIH)

Uzalishaji wa chanjo, Antibiotics, na homoni

Mikakati ya chanjo ya jadi hutumia aina dhaifu au zisizo na kazi za microorganisms au virusi ili kuchochea mfumo wa kinga. Mbinu za kisasa hutumia jeni maalum za microorganisms zilizounganishwa kuwa vectors na kuzalishwa kwa wingi katika bakteria ili kufanya kiasi kikubwa cha vitu maalum ili kuchochea mfumo wa kinga. Dutu hii hutumiwa kama chanjo. Katika baadhi ya matukio, kama vile chanjo ya homa ya H1N1, jeni zilizopigwa kutoka kwa virusi zimetumika kupambana na matatizo yanayobadilika mara kwa mara ya virusi hivi.

Antibiotiki huua bakteria na kwa kawaida huzalishwa na microorganisms kama vile fungi; penicillin labda ni mfano maalumu zaidi. Antibiotics huzalishwa kwa kiwango kikubwa kwa kukuza na kuendesha seli za vimelea. Seli za vimelea kwa kawaida zimebadilishwa vinasaba ili kuboresha mavuno ya kiwanja cha antibiotic.

Teknolojia ya DNA ya recombinant ilitumika kuzalisha kiasi kikubwa cha insulini ya homoni ya binadamu katika E. coli mapema mwaka 1978. Hapo awali, ilikuwa inawezekana tu kutibu ugonjwa wa kisukari na insulini ya nguruwe, ambayo imesababisha athari za mzio kwa wanadamu wengi kwa sababu ya tofauti katika molekuli ya insulini. Aidha, binadamu uchumi homoni (HGH) ni kutumika kutibu matatizo ya ukuaji kwa watoto. Gene ya HGH ilikuwa cloned kutoka maktaba cDNA (ziada DNA) na kuingizwa katika seli E. coli kwa cloning ndani ya vector bakteria.

Transgenic Wanyama

Ingawa protini kadhaa za recombinant zinazotumiwa katika dawa zinazalishwa kwa mafanikio katika bakteria, baadhi ya protini zinahitaji jeshi la wanyama wa eukaryotiki kwa usindikaji sahihi. Kwa sababu hiyo, jeni zimepigwa cloned na kuonyeshwa katika wanyama kama vile kondoo, mbuzi, kuku, na panya. Wanyama ambao wamebadilishwa ili kueleza DNA recombinant huitwa wanyama wa transgenic (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Inaweza kuonekana kwamba wawili wa panya hawa ni transgenic kwa sababu wana jeni ambayo husababisha yao fluoresce chini ya mwanga UV. Panya isiyo ya transgenic haina jeni inayosababisha fluorescence. (mikopo: Ingrid Moen et al.)

Protini kadhaa za binadamu zinaonyeshwa katika maziwa ya kondoo na mbuzi za transgenic. Katika mfano mmoja wa kibiashara, FDA imeidhinisha protini ya anticoagulant ya damu inayozalishwa katika maziwa ya mbuzi transgenic kwa matumizi ya wanadamu. Panya zimetumika sana kwa kueleza na kusoma madhara ya jeni na mabadiliko ya recombinant.

Mimea ya Transgenic

Manipulating DNA ya mimea (kujenga viumbe vinasaba, au GMOs) imesaidia kujenga sifa kuhitajika kama vile upinzani ugonjwa, herbicide, na upinzani wadudu, bora thamani ya lishe, na maisha bora rafu (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Mimea ni chanzo muhimu zaidi cha chakula kwa idadi ya watu. Wakulima walianzisha njia za kuchagua aina za mimea na sifa za kuhitajika muda mrefu kabla ya mazoea ya kisasa ya bioteknolojia yameanzishwa.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Corn, mazao makubwa ya kilimo kutumika kujenga bidhaa kwa ajili ya aina ya viwanda, mara nyingi iliyopita kwa njia ya mimea bioteknolojia. (mikopo: Keith Weller, USDA)

Mimea ya transgenic imepokea DNA kutoka kwa spishi nyingine. Kwa sababu zina mchanganyiko wa pekee wa jeni na hazizuiwi kwa maabara, mimea ya transgenic na GMOs nyingine hufuatiliwa kwa karibu na mashirika ya serikali ili kuhakikisha kuwa yanafaa kwa matumizi ya binadamu na hayahatarishi maisha mengine ya mimea na wanyama. Kwa sababu jeni za kigeni zinaweza kuenea kwa spishi nyingine katika mazingira, hasa katika poleni na mbegu za mimea, upimaji wa kina unahitajika ili kuhakikisha utulivu wa kiikolojia. Mazao kama mahindi, viazi, na nyanya zilikuwa mimea ya kwanza ya mazao kuwa na mazao ya jenetiki.

Mabadiliko ya mimea Kutumia Agrobacterium tumefaciens

Katika mimea, tumors zinazosababishwa na bakteria Agrobacterium tumefaciens hutokea kwa uhamisho wa DNA kutoka bakteria hadi mmea. Kuanzishwa bandia ya DNA katika seli za mimea ni changamoto zaidi kuliko katika seli za wanyama kwa sababu ya ukuta wa seli za mmea wa nene. Watafiti walitumia uhamisho wa asili wa DNA kutoka kwa Agrobacterium hadi mwenyeji wa mimea ili kuanzisha vipande vya DNA vya uchaguzi wao katika majeshi ya mimea. Kwa asili, A. tumefaciens zinazosababisha ugonjwa huwa na seti ya plasmidi ambayo yana jeni zinazounganisha katika jenomu ya kiini cha mmea kilichoambukizwa. Watafiti huendesha plasmidi kubeba kipande cha DNA kilichohitajika na kuiingiza ndani ya jenomu ya mmea.

Organic wadudu Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis (Bt) ni bakteria inayozalisha fuwele za protini ambazo zina sumu kwa spishi nyingi za wadudu zinazolisha mimea. Wadudu ambao wamekula sumu ya Bt huacha kulisha mimea ndani ya masaa machache. Baada ya sumu imeanzishwa ndani ya matumbo ya wadudu, kifo hutokea ndani ya siku kadhaa. Jeni za sumu ya kioo zimeunganishwa kutoka kwenye bakteria na kuletwa ndani ya mimea, hivyo kuruhusu mimea kuzalisha sumu yao ya kioo Bt inayofanya vitendo dhidi ya wadudu. Bt sumu ni salama kwa mazingira na yasiyo ya sumu kwa wanyama (ikiwa ni pamoja na binadamu). Matokeo yake, imeidhinishwa kutumiwa na wakulima wa kikaboni kama dawa ya asili. Kuna baadhi ya wasiwasi, hata hivyo, kwamba wadudu wanaweza kufuka upinzani dhidi ya sumu ya Bt kwa namna ile ile bakteria kufuka upinzani dhidi ya antibiotics.

FlavrSavr Nyanya

Mazao ya kwanza ya GM kuletwa sokoni ilikuwa Nyanya ya FlavrSavr iliyozalishwa mwaka 1994. Teknolojia ya maumbile ya molekuli ilitumiwa kupunguza kasi ya mchakato wa kupunguza na kuoza unaosababishwa na maambukizi ya vimelea, ambayo yalisababisha kuongezeka kwa maisha ya rafu ya nyanya za GM. Mabadiliko ya ziada ya maumbile yaliboresha ladha ya nyanya hii. Nyanya ya FlavrSavr haikufanikiwa kukaa sokoni kwa sababu ya matatizo ya kudumisha na kusafirisha mazao.

Muhtasari

Upimaji wa maumbile unafanywa ili kutambua jeni zinazosababisha magonjwa, na inaweza kutumika kuwafaidisha watu walioathirika na ndugu zao ambao hawajapata dalili za ugonjwa bado. Tiba ya jeni-ambayo jeni inayofanya kazi huingizwa katika genomes ya watu binafsi walio na jeni la mutant lisilo na kazi- ina uwezo wa kutibu magonjwa ya urithi. Viumbe vya transgenic vina DNA kutoka kwa spishi tofauti, kwa kawaida huzalishwa na mbinu za cloning za molekuli. Chanjo, antibiotics, na homoni ni mifano ya bidhaa zilizopatikana kwa teknolojia ya DNA ya recombinant. Wanyama wa transgenic wameumbwa kwa madhumuni ya majaribio na wengine hutumika kuzalisha baadhi ya protini za binadamu.

Jeni huingizwa ndani ya mimea, kwa kutumia plasmidi katika bakteria Agrobacterium tumefaciens, ambayo huathiri mimea. Mimea ya transgenic imeundwa ili kuboresha sifa za mimea ya mazao —kwa mfano, kwa kuwapa upinzani wa wadudu kwa kuingiza jeni kwa sumu ya bakteria.

faharasa

tiba ya jeni

mbinu inayotumiwa kutibu magonjwa ya urithi kwa kuchukua nafasi ya jeni mutant na jeni nzuri

kupima maumbile

kutambua variants gene katika mtu binafsi ambayo inaweza kusababisha ugonjwa wa maumbile katika mtu binafsi

Wachangiaji na Majina

• Template:ContribOpenStaxConcepts