17.1: Bioteknolojia
- Page ID
- 176273
Ujuzi wa Kuendeleza
- Eleza gel electrophoresis
- Eleza cloning ya Masi na uzazi
- Eleza matumizi ya bioteknolojia katika dawa na kilimo
Bioteknolojia ni matumizi ya mawakala wa kibiolojia kwa maendeleo ya kiteknolojia. Bioteknolojia ilitumika kwa ajili ya kuzaliana mifugo na mazao muda mrefu kabla ya msingi wa kisayansi wa mbinu hizi kueleweka. Tangu ugunduzi wa muundo wa DNA mwaka 1953, uwanja wa bioteknolojia umeongezeka haraka kupitia utafiti wa kitaaluma na makampuni binafsi. Matumizi ya msingi ya teknolojia hii ni katika dawa (uzalishaji wa chanjo na antibiotics) na kilimo (mabadiliko ya maumbile ya mazao, kama vile kuongeza mavuno). Bioteknolojia pia ina maombi mengi ya viwanda, kama vile fermentation, matibabu ya kumwagika mafuta, na uzalishaji wa biofueli (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).
Mbinu za msingi za kuendesha Material Maumbile (DNA na RNA)
Ili kuelewa mbinu za msingi zinazotumiwa kufanya kazi na asidi za nucleic, kumbuka kwamba asidi ya nucleic ni macromolecules iliyofanywa kwa nucleotides (sukari, phosphate, na msingi wa nitrojeni) unaohusishwa na vifungo vya phosphodiester. Makundi ya phosphate kwenye molekuli hizi kila mmoja yana malipo mabaya. Seti nzima ya molekuli za DNA katika kiini huitwa jenomu. DNA ina vipande viwili vya ziada vinavyounganishwa na vifungo vya hidrojeni kati ya besi zilizounganishwa. Mikanda miwili inaweza kutenganishwa na yatokanayo na joto la juu (DNA denaturation) na inaweza kurejeshwa tena na baridi. DNA inaweza kuigwa na enzyme ya DNA ya polymerase. Tofauti na DNA, ambayo iko katika kiini cha seli za eukaryotiki, molekuli za RNA zinatoka kiini. Aina ya kawaida ya RNA inayochambuliwa ni RNA ya mjumbe (mRNA) kwa sababu inawakilisha jeni za protini-coding ambazo zinaonyeshwa kikamilifu. Hata hivyo, molekuli za RNA zinawasilisha changamoto nyingine kwa uchambuzi, kwani mara nyingi huwa imara kuliko DNA.
Uchimbaji wa DNA na RNA
Ili kujifunza au kuendesha asidi za nucleic, DNA au RNA lazima kwanza kutengwa au kuondolewa kwenye seli. Mbinu mbalimbali hutumiwa kuondoa aina tofauti za DNA (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Mbinu nyingi za uchimbaji wa asidi ya nucleic zinahusisha hatua za kuvunja wazi kiini na kutumia athari za enzymatic kuharibu macromolecules zote zisizotaka (kama vile uharibifu wa molekuli zisizohitajika na kujitenga na sampuli ya DNA). Viini vimevunjika kwa kutumia buffer ya lisisi (suluhisho ambalo ni sabuni); lysis inamaanisha “kupasuliwa.” Enzymes hizi huvunja molekuli za lipid katika utando wa seli na utando wa nyukl Macromolecules hazijaamilishwa kwa kutumia enzymes kama vile proteases zinazovunja protini, na ribonucleases (RNASes) zinazovunja RNA. DNA ni kisha precipitated kwa kutumia pombe. DNA ya genomiki ya binadamu kwa kawaida inaonekana kama molekuli ya gelatini, nyeupe. Sampuli za DNA zinaweza kuhifadhiwa waliohifadhiwa kwenye -80°C kwa miaka kadhaa.
Uchambuzi wa RNA unafanywa ili kujifunza mifumo ya kujieleza jeni katika seli. RNA ni kawaida sana imara kwa sababu RNASes ni kawaida sasa katika asili na vigumu sana inactivate. Sawa na DNA, uchimbaji wa RNA unahusisha matumizi ya buffers na enzymes mbalimbali ili kuzuia macromolecules na kuhifadhi RNA.
Gel Electrophoresis
Kwa sababu asidi ya nucleic ni ions kushtakiwa vibaya katika pH neutral au msingi katika mazingira yenye maji, zinaweza kuhamasishwa na uwanja wa umeme. Gel electrophoresis ni mbinu inayotumiwa kutenganisha molekuli kwa misingi ya ukubwa, kwa kutumia malipo haya. Asidi ya nucleic inaweza kutengwa kama chromosomes nzima au vipande. Asidi ya nucleic ni kubeba ndani ya slot karibu na electrode hasi ya tumbo la semisolid, porous gel na vunjwa kuelekea electrode chanya katika mwisho kinyume cha gel. Molekuli ndogo huhamia kupitia pores katika gel kwa kasi zaidi kuliko molekuli kubwa; tofauti hii katika kiwango cha uhamiaji hutenganisha vipande kwa misingi ya ukubwa. Kuna Masi uzito kiwango sampuli ambayo inaweza kukimbia pamoja molekuli kutoa ukubwa kulinganisha. Asidi ya nucleic katika tumbo la gel inaweza kuzingatiwa kwa kutumia rangi mbalimbali za fluorescent au rangi. Vipande tofauti vya asidi ya nucleic vinaonekana kama bendi katika umbali maalum kutoka juu ya gel (mwisho wa electrode hasi) kwa misingi ya ukubwa wao (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Mchanganyiko wa vipande vya DNA za genomic vya ukubwa tofauti huonekana kama smear ndefu, ilhali DNA ya genomic isiyokatwa kwa kawaida ni kubwa mno ili kukimbia kupitia gel na huunda bendi moja kubwa juu ya gel.
Kuongezeka kwa vipande vya Asidi ya Nucleic na mmenyuko wa Chain Polymerase
Ingawa DNA ya jenomu inaonekana kwa jicho la uchi inapotolewa kwa wingi, uchambuzi wa DNA mara nyingi unahitaji kulenga mikoa moja au zaidi maalum ya jenomu. Polymerase mnyororo mmenyuko (PCR) ni mbinu inayotumiwa kuimarisha mikoa maalum ya DNA kwa uchambuzi zaidi (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). PCR hutumiwa kwa madhumuni mengi katika maabara, kama vile cloning ya vipande vya jeni kuchambua magonjwa ya maumbile, utambulisho wa DNA ya kigeni ya uchafuzi katika sampuli, na kukuza kwa DNA kwa mpangilio. Maombi zaidi ya vitendo ni pamoja na uamuzi wa uzazi na kutambua magonjwa ya maumbile.
Vipande vya DNA vinaweza pia kukuzwa kutoka template ya RNA katika mchakato unaoitwa reverse transcriptase PCR (RT-PCR). Hatua ya kwanza ni kurejesha kamba ya awali ya template ya DNA (inayoitwa cDNA) kwa kutumia nyukleotidi za DNA kwenye mRNA. Utaratibu huu unaitwa reverse transcription. Hii inahitaji uwepo wa enzyme inayoitwa reverse transcriptase. Baada ya cDNA kufanywa, PCR ya kawaida inaweza kutumika kuinua.
Unganisha na Kujifunza
Kuimarisha ufahamu wako wa mmenyuko wa mnyororo wa polymerase kwa kubonyeza kupitia zoezi hili la maingiliano.
Hybridization, Southern blotting, na Kaskazini blotting
Sampuli za asidi za nucleic, kama vile DNA ya genomic iliyogawanyika na miche ya RNA, inaweza kuchunguzwa kwa uwepo wa utaratibu fulani. Vipande vifupi vya DNA vinavyoitwa probes vimeundwa na kinachoitwa na dyes za mionzi au za umeme ili kusaidia kugundua. Gel electrophoresis hutenganisha vipande vya asidi ya nucleic kulingana na ukubwa wao. Vipande katika gel huhamishiwa kwenye membrane ya nylon katika utaratibu unaoitwa kufuta (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Vipande vya asidi ya nucleic ambavyo vimefungwa kwenye uso wa membrane vinaweza kuchunguzwa na utaratibu maalum wa radioactively au fluorescently labeled probe. Wakati DNA inapohamishiwa kwenye utando wa nylon, mbinu hiyo inaitwa Southern blotting, na wakati RNA inapohamishiwa kwenye membrane ya nylon, inaitwa kaskazini ya blotting. Vipande vya kusini vinatumika kuchunguza uwepo wa utaratibu fulani wa DNA katika jenomu iliyotolewa, na viboko vya kaskazini vinatumika kuchunguza usemi wa jeni.
Cloning ya Masi
Kwa ujumla, neno “cloning” linamaanisha kuundwa kwa replica kamili; hata hivyo, katika biolojia, uumbaji upya wa viumbe vyote hujulikana kama “cloning ya uzazi.” Muda mrefu kabla ya majaribio yalifanywa kuunganisha viumbe vyote, watafiti walijifunza jinsi ya kuzaliana mikoa inayotaka au vipande vya genome, mchakato unaojulikana kama cloning ya Masi.
Cloning vipande vidogo vya genome inaruhusu kudanganywa na kujifunza jeni maalum (na bidhaa zao za protini), au mikoa isiyo ya coding kwa kutengwa. Plasmid (pia huitwa vector) ni molekuli ndogo ya DNA ya mviringo inayoiga kwa kujitegemea DNA ya chromosomal. Katika cloning, molekuli ya plasmid inaweza kutumika kutoa “folda” ambayo kuingiza kipande cha DNA kilichohitajika. Plasmids kawaida huletwa katika jeshi la bakteria kwa kuenea. Katika muktadha wa bakteria, kipande cha DNA kutoka jenomu ya binadamu (au jenomu ya kiumbe kingine kinachosomwa) kinajulikana kama DNA ya kigeni, au transgene, ili kuitofautisha na DNA ya bakteria, inayoitwa DNA ya jeshi.
Plasmidi hutokea kiasili katika wakazi wa bakteria (kama vile Escherichia coli) na huwa na jeni zinazoweza kuchangia sifa nzuri kwa viumbe, kama vile upinzani wa antibiotiki (uwezo wa kutoathiriwa na antibiotics). Plasmids wamekuwa repurposed na engineered kama wadudu kwa cloning Masi na uzalishaji kwa kiasi kikubwa cha vitendanishi muhimu, kama vile insulini na binadamu uchumi homoni. Kipengele muhimu cha wadudu wa plasmid ni urahisi ambao kipande cha DNA cha kigeni kinaweza kuletwa kupitia tovuti nyingi za cloning (MCS). MCS ni short DNA mlolongo zenye maeneo mbalimbali ambayo inaweza kukatwa na tofauti kawaida inapatikana kizuizi endonucleases. Endonucleases ya kizuizi hutambua utaratibu maalum wa DNA na kuzikatwa kwa namna inayoweza kutabirika; kwa kawaida huzalishwa na bakteria kama utaratibu wa ulinzi dhidi ya DNA ya kigeni. Vikwazo vingi vya endonucleases hufanya kupunguzwa kwa kasi katika vipande viwili vya DNA, kama vile mwisho wa kukata una overhang ya 2- au 4-msingi moja iliyopigwa. Kwa sababu hizi overhangs zina uwezo wa kuvuta na overhangs za ziada, hizi huitwa “mwisho wa nata.” Kuongezewa kwa enzyme inayoitwa DNA ligase hujiunga kabisa na vipande vya DNA kupitia vifungo vya phosphodiester. Kwa njia hii, kipande chochote DNA yanayotokana na kizuizi endonuclease cleavage inaweza kugawanywa kati ya ncha mbili za DNA plasmid ambayo imekuwa kukatwa na kizuizi sawa endonuclease (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)).
Recombinant DNA Molekuli
Plasmidi yenye DNA ya kigeni iliyoingizwa ndani yao huitwa molekuli za DNA za recombinant kwa sababu zinaundwa kwa hila na hazitokei kwa asili. Pia huitwa molekuli ya chimeri kwa sababu asili ya sehemu mbalimbali za molekuli inaweza kufuatiliwa nyuma kwa spishi mbalimbali za viumbe kibaiolojia au hata kwa usanisi wa kemikali. Protini zinazoelezwa kutoka kwa molekuli za DNA za recombinant zinaitwa protini za recombinant. Sio plasmidi zote za recombinant zina uwezo wa kueleza jeni. DNA ya recombinant inaweza kuhitaji kuhamishwa katika vector tofauti (au jeshi) ambayo ni bora iliyoundwa kwa ajili ya kujieleza jeni. Plasmidi pia inaweza kuwa engineered kueleza protini tu wakati drivas na mambo fulani ya mazingira, ili wanasayansi wanaweza kudhibiti usemi wa protini recombinant.
Sanaa Connection
Unafanya kazi katika maabara ya biolojia ya Masi na, bila kujua kwako, mpenzi wako wa maabara aliacha DNA ya genomic ya kigeni ambayo unapanga kuifunga kwenye benchi ya maabara mara moja badala ya kuihifadhi kwenye friji. Matokeo yake, ilikuwa imeharibiwa na nucleases, lakini bado kutumika katika jaribio. Plasmid, kwa upande mwingine, ni nzuri. Je, unatarajia matokeo gani kutoka kwa majaribio yako ya cloning ya Masi?
- Hakutakuwa na makoloni kwenye sahani ya bakteria.
- Kutakuwa na makoloni ya bluu tu.
- Kutakuwa na makoloni ya bluu na nyeupe.
- Yatakuwa makoloni nyeupe tu.
Unganisha na Kujifunza
Angalia uhuishaji wa recombination katika cloning kutoka DNA Learning Center.
Cloning za mkononi
Viumbe vya unicellular, kama vile bakteria na chachu, kawaida huzalisha clones wenyewe wakati wao kuiga asexually na fission binary; hii inajulikana kama cloning ya mkononi. DNA ya nyuklia inafanana na mchakato wa mitosis, ambayo inajenga replica halisi ya vifaa vya maumbile.
Cloning ya uzazi
Cloning ya uzazi ni njia inayotumiwa kufanya clone au nakala inayofanana ya viumbe vyote vya multicellular. Viumbe vingi vya seli hupata uzazi kwa njia ya ngono, ambayo inahusisha maumbile ya maumbile ya watu wawili (wazazi), na hivyo haiwezekani kwa kizazi cha nakala inayofanana au kiungo cha mzazi ama. Maendeleo ya hivi karibuni katika bioteknolojia yamefanya iwezekanavyo kushawishi uzazi wa asexual wa wanyama katika maabara.
Parthenogenesis, au “kuzaliwa kwa bikira,” hutokea wakati kiinitete kinakua na kinaendelea bila mbolea ya yai inayotokea; hii ni aina ya uzazi wa asexual. Mfano wa parthenogenesis hutokea katika aina ambazo mwanamke huweka yai na kama yai hupandwa, ni yai ya diploid na mtu huendelea kuwa mwanamke; ikiwa yai haipatikani, inabaki yai ya haploidi na inakua kuwa kiume. Yai isiyofunguliwa inaitwa parthenogenic, au bikira, yai. Baadhi ya wadudu na viumbehai huweka mayai ya parthenogenic ambayo yanaweza kuendeleza kuwa watu wazima.
Uzazi wa kijinsia unahitaji seli mbili; wakati yai ya haploidi na seli za mbegu zinafyuka, matokeo ya zygote ya diploid. Kiini cha zygote kina habari za maumbile ili kuzalisha mtu mpya. Hata hivyo, maendeleo ya embryonic mapema inahitaji nyenzo za cytoplasmic zilizomo katika kiini cha yai. Wazo hili linaunda msingi wa cloning ya uzazi. Kwa hiyo, kama kiini cha haploidi cha kiini cha yai kinabadilishwa na kiini cha diploid kutoka kwenye seli ya mtu yeyote wa aina moja (inayoitwa wafadhili), itakuwa zygote inayofanana na wafadhili. Somatic kiini uhamisho nyuklia ni mbinu ya kuhamisha kiini diploid katika yai enucleated. Inaweza kutumika kwa cloning ya matibabu au cloning ya uzazi.
Mnyama wa kwanza wa cloned alikuwa Dolly, kondoo aliyezaliwa mwaka 1996. Kiwango cha mafanikio ya cloning ya uzazi wakati huo kilikuwa cha chini sana. Dolly aliishi kwa miaka saba na alikufa kutokana na matatizo ya kupumua (Kielelezo 17.1.7). Kuna uvumi kwamba kwa sababu DNA ya seli ni ya mtu mzee, umri wa DNA unaweza kuathiri maisha ya mtu binafsi cloned. Tangu Dolly, wanyama kadhaa kama farasi, ng'ombe, na mbuzi wamefanikiwa cloned, ingawa watu hawa mara nyingi huonyesha usoni, miguu, na upungufu wa moyo. Kumekuwa na majaribio ya kuzalisha majani ya binadamu yaliyopigwa kama vyanzo vya seli za shina za embryonic, wakati mwingine hujulikana kama cloning kwa madhumuni ya matibabu. Cloning ya matibabu hutoa seli za shina ili kujaribu kukabiliana na magonjwa mabaya au kasoro (tofauti na cloning ya uzazi, ambayo inalenga kuzaliana kiumbe). Hata hivyo, juhudi za cloning za matibabu zimekutana na upinzani kwa sababu ya masuala ya bioethical.
Sanaa Connection
Je, unafikiri Dolly alikuwa Finn-Dorset au Scottish Blackface kondoo?
Maumbile Engineer
Uhandisi wa maumbile ni mabadiliko ya genotype ya kiumbe kwa kutumia teknolojia ya DNA ya recombinant kurekebisha DNA ya kiumbe ili kufikia sifa zinazohitajika. Kuongezewa kwa DNA ya kigeni kwa namna ya vectors ya DNA ya recombinant yanayotokana na cloning ya Masi ni njia ya kawaida ya uhandisi wa maumbile. Viumbe vinavyopokea DNA ya recombinant huitwa viumbe vinasaba (GMO). Ikiwa DNA ya kigeni inayoanzishwa inatokana na spishi tofauti, kiumbe cha jeshi kinaitwa transgenic. Bakteria, mimea, na wanyama wamebadilishwa vinasaba tangu mwanzoni mwa miaka ya 1970 kwa madhumuni ya kitaaluma, matibabu, kilimo, na viwanda. Nchini Marekani, GMOs kama vile soya ya Roundup-tayari na mahindi sugu borer ni sehemu ya vyakula vingi vya kawaida kusindika.
Gene Kulenga
Ingawa mbinu za kikabila za kusoma kazi ya jeni zilianza na fenotype iliyotolewa na kuamua msingi wa maumbile wa fenotype hiyo, mbinu za kisasa zinaruhusu watafiti kuanza katika ngazi ya mlolongo wa DNA na kuuliza: “Je, jeni hii au kipengele cha DNA hufanya nini?” Mbinu hii, inayoitwa reverse genetics, imesababisha kugeuza mbinu classic maumbile. Njia hii itakuwa sawa na kuharibu sehemu ya mwili kuamua kazi yake. Mdudu unaopoteza mrengo hauwezi kuruka, maana yake kazi ya mrengo ni kukimbia. Njia ya maumbile ya kikabila ingeweza kulinganisha wadudu wasioweza kuruka na wadudu wanaoweza kuruka, na kuchunguza kwamba wadudu wasiokuwa na kuruka wamepoteza mabawa. Vile vile, mutating au kufuta jeni huwapa watafiti dalili kuhusu kazi ya jeni. Mbinu zinazotumiwa kuzima kazi ya jeni huitwa kwa pamoja kulenga jeni. Kulenga jeni ni matumizi ya wadudu wa DNA recombinant kubadilisha usemi wa jeni fulani, ama kwa kuanzisha mabadiliko katika jeni, au kwa kuondoa usemi wa jeni fulani kwa kufuta sehemu au yote ya mlolongo wa jeni kutoka jenomu ya kiumbe.
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 ya urithi, na uvumbuzi wa teknolojia ya kuendesha na kurekebisha jeni mutant hutoa mbinu za kutibu ugonjwa huo. Bioteknolojia katika kilimo inaweza kuongeza upinzani dhidi ya magonjwa, wadudu, na matatizo ya mazingira, na 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. Kulingana na mifumo ya urithi wa jeni inayosababisha ugonjwa, wanafamilia wanashauriwa kupima maumbile. Kwa mfano, wanawake wanaotambuliwa na saratani ya matiti mara nyingi wanashauriwa kuwa na biopsy ili timu ya matibabu inaweza kuamua msingi wa maumbile ya maendeleo ya kansa. Mipango ya matibabu inategemea matokeo ya vipimo vya maumbile vinavyoamua aina ya saratani. Ikiwa saratani inasababishwa na mabadiliko ya jeni yaliyorithiwa, ndugu wengine wa kike pia wanashauriwa kupitia upimaji wa maumbile na uchunguzi wa mara kwa mara kwa saratani ya matiti. 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.
Tiba ya jeni ni mbinu ya uhandisi wa maumbile inayotumika kutibu magonjwa. Katika hali yake rahisi, inahusisha kuanzishwa kwa jeni nzuri katika eneo la random katika jenomu ili kusaidia tiba ya ugonjwa unaosababishwa na jeni iliyobadilika. Jeni nzuri kwa kawaida huletwa katika seli za wagonjwa kama sehemu ya vector inayoambukizwa na virusi ambayo inaweza kuambukiza kiini cha jeshi na kutoa DNA ya kigeni (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Aina za juu zaidi za tiba ya jeni hujaribu kurekebisha mabadiliko kwenye tovuti ya awali katika genome, kama vile ilivyo kwa matibabu ya ugonjwa wa immunodeficiency kali (SCID).
Uzalishaji wa chanjo, Antibiotics, na homoni
Mikakati ya chanjo ya jadi hutumia aina dhaifu au zisizo na kazi za vijiumbe ili kuunda majibu ya awali ya kinga Mbinu za kisasa hutumia jeni za microorganisms zilizounganishwa ndani ya vectors kwa wingi kuzalisha antigen inayotaka. Antigen ni kisha kuletwa ndani ya mwili ili kuchochea majibu ya kinga ya msingi na kusababisha kumbukumbu ya kinga. Jeni zilizopigwa kutoka kwa virusi vya mafua zimetumika kupambana na matatizo yanayobadilika mara kwa mara ya virusi hivi.
Antibiotics ni bidhaa biotechnological. Wao ni kawaida zinazozalishwa na microorganisms, kama vile fungi, ili kupata faida zaidi ya wakazi wa bakteria. Antibiotics huzalishwa kwa kiwango kikubwa kwa kukuza na kuendesha seli za vimelea.
Teknolojia ya DNA ya recombinant ilitumika kuzalisha kiasi kikubwa cha insulini 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 kwa sababu ya tofauti katika bidhaa za jeni. Aidha, binadamu uchumi homoni (HGH) ni kutumika kutibu matatizo ya ukuaji kwa watoto. Gene ya HGH ilikuwa cloned kutoka maktaba cDNA 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 mwenyeji wa wanyama wa eukaryotiki kwa usindikaji sahihi. Kwa sababu hii, jeni zinazohitajika zinapigwa na kuonyeshwa kwa wanyama, kama vile kondoo, mbuzi, kuku, na panya. Wanyama ambao wamebadilishwa kueleza DNA recombinant huitwa wanyama wa transgenic. Protini kadhaa za binadamu zinaonyeshwa katika maziwa ya kondoo na mbuzi za transgenic, na baadhi huelezwa katika mayai ya kuku. Panya zimetumika sana kwa kueleza na kusoma madhara ya jeni na mabadiliko ya recombinant.
Mimea ya Transgenic
Kutumia DNA ya mimea (yaani, kujenga GMOs) imesaidia kuunda sifa za kuhitajika, kama vile upinzani wa magonjwa, dawa za kuua wadudu na upinzani wa dawa, thamani bora ya lishe, na maisha bora ya rafu (Kielelezo\(\PageIndex{9}\)). 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.
Mimea ambayo imepokea DNA ya recombinant kutoka kwa spishi nyingine inaitwa mimea ya transgenic. Kwa sababu sio asili, 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, 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
Uhamisho wa jeni hutokea kwa kawaida kati ya aina katika wakazi wa microbial. Virusi vingi vinavyosababisha magonjwa ya binadamu, kama vile kansa, hufanya kwa kuingiza DNA yao katika jenomu ya binadamu. Katika mimea, tumors zinazosababishwa na bakteria Agrobacterium tumefaciens hutokea kwa uhamisho wa DNA kutoka bakteria hadi mmea. Ingawa tumors haziua mimea, hufanya mimea imefungwa na inaathirika zaidi na hali mbaya ya mazingira. Mimea mingi, kama vile walnuts, zabibu, miti ya nut, na beets, huathiriwa na A. tumefaciens. 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, inayoitwa Ti plasmids (plasmids inayotokana na tumor), ambayo yana jeni kwa ajili ya uzalishaji wa tumors katika mimea. DNA kutoka kwa plasmid ya Ti inaunganisha ndani ya jenomu ya kiini cha mmea kilichoambukizwa. Watafiti huendesha plasmidi ya Ti ili kuondoa jeni zinazosababisha tumor na kuingiza kipande cha DNA kilichohitajika kwa uhamisho ndani ya jenomu ya mmea. Plasmidi ya Ti hubeba jeni za upinzani za antibiotiki kwa uteuzi wa misaada na zinaweza kuenezwa katika seli za E. koli pia.
Organic wadudu Bacillus thuringiensis
Bacillus thuringiensis (Bt) ni bakteria inayozalisha fuwele za protini wakati wa sporulation ambayo ni sumu kwa spishi nyingi za wadudu zinazoathiri mimea. Lakini sumu inapaswa kuingizwa na wadudu ili sumu ianzishwe. 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. Bioteknolojia ya kisasa imeruhusu mimea encode yao wenyewe kioo Bt sumu ambayo vitendo dhidi ya wadudu. Jeni za sumu ya kioo zimefungwa kutoka Bt na kuletwa ndani ya mimea. Bt sumu imepatikana kuwa salama kwa mazingira, isiyo na sumu kwa binadamu na wanyama wengine, na imeidhinishwa kutumiwa na wakulima wa kikaboni kama kiwadudu asilia.
Ladha Saver Nyanya
Mazao ya kwanza ya GM kuletwa sokoni yalikuwa Nyanya ya Flavr Savr iliyozalishwa mwaka 1994. Teknolojia ya RNA ya Antisense 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 Flavr Savr haikufanikiwa kukaa sokoni kwa sababu ya matatizo ya kudumisha na kusafirisha mazao.
Muhtasari
Asidi za nucleic zinaweza kutengwa na seli kwa madhumuni ya uchambuzi zaidi kwa kuvunja wazi seli na kuharibu enzymatically macromolecules nyingine zote kuu. Chromosomes iliyogawanyika au nzima inaweza kutengwa kwa misingi ya ukubwa na electrophoresis ya gel. Vipande vifupi vya DNA au RNA vinaweza kupanuliwa na PCR. Kuzuia kusini na kaskazini kunaweza kutumiwa kuchunguza uwepo wa utaratibu mfupi maalum katika sampuli ya DNA au RNA. Neno “cloning” linaweza kutaja cloning vipande vidogo vya DNA (cloning ya Masi), cloning wakazi wa seli (cloning za mkononi), au cloning viumbe vyote (cloning ya uzazi). Upimaji wa maumbile hufanywa ili kutambua jeni zinazosababisha magonjwa, na tiba ya jeni hutumiwa kutibu ugonjwa unaoweza kurithi.
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. Mimea ya transgenic kawaida huundwa ili kuboresha sifa za mimea ya mazao.
Sanaa Connections
Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Unafanya kazi katika maabara ya biolojia ya Masi na, bila kujulikana kwako, mpenzi wako wa maabara aliacha DNA ya genomic ya kigeni ambayo unapanga kuunganisha kwenye benchi ya maabara mara moja badala ya kuihifadhi kwenye friji. Matokeo yake, ilikuwa imeharibiwa na nucleases, lakini bado kutumika katika jaribio. Plasmid, kwa upande mwingine, ni nzuri. Je, unatarajia matokeo gani kutoka kwa majaribio yako ya cloning ya Masi?
- Hakutakuwa na makoloni kwenye sahani ya bakteria.
- Kutakuwa na makoloni ya bluu tu.
- Kutakuwa na makoloni ya bluu na nyeupe.
- Yatakuwa makoloni nyeupe tu.
- Jibu
-
B. majaribio bila kusababisha makoloni ya bluu tu.
Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Je, unafikiri Dolly alikuwa Finn-Dorset au Scottish Blackface kondoo?
- Jibu
-
Dolly alikuwa kondoo wa Finn-Dorset kwa sababu ingawa kiini cha awali kilikuja kutoka kondoo wa Scottish mwenye uso mweusi na mama huyo alikuwa mwenye rangi nyeusi ya Scottish, DNA ilitoka kwa Finn-Dorset.
faharasa
- upinzani antibiotic
- uwezo wa kiumbe kuwa hauna athari na matendo ya antibiotic
- bioteknolojia
- matumizi ya mawakala wa kibiolojia kwa maendeleo ya kiteknolojia
- cloning za mkononi
- uzalishaji wa idadi ya seli kufanana na fission binary
- kupachisha
- replica halisi
- DNA ya kigeni
- DNA ambayo ni ya aina tofauti au DNA ambayo ni artificially synthesized
- gel electrophoresis
- mbinu kutumika kwa molekuli tofauti kwa misingi ya kawaida kwa kutumia malipo ya umeme
- jeni kulenga
- njia ya kubadilisha mlolongo wa gene maalum kwa kuanzisha version iliyopita juu ya vector
- tiba ya jeni
- mbinu kutumika kutibu magonjwa kurithi kwa kuchukua nafasi ya jeni mutant na jeni nzuri
- utambuzi wa maumbile
- utambuzi wa uwezekano wa maendeleo ya ugonjwa kwa kuchambua jeni zinazosababisha ugonjwa
- uhandisi maumbile
- mabadiliko ya maumbile ya maumbile ya viumbe
- kupima maumbile
- mchakato wa kupima kwa uwepo wa jeni zinazosababisha ugonjwa
- vinasaba viumbe (GMO)
- viumbe ambao genome imekuwa artificially iliyopita
- mwenyeji wa DNA
- DNA iliyopo katika genome ya viumbe vya maslahi
- lysis buffer
- ufumbuzi kutumika kuvunja membrane kiini na yaliyomo kutolewa kiini
- cloning ya molekuli
- cloning ya vipande vya DNA
- tovuti nyingi za cloning (MCS)
- tovuti ambayo inaweza kutambuliwa na endonucleases nyingi kizuizi
- kufutwa kaskazini
- uhamisho wa RNA kutoka gel hadi membrane ya nylon
- polymerase mnyororo mmenyuko (PCR)
- mbinu kutumika kukuza DNA
- uchunguzi
- kipande kidogo cha DNA kilichotumiwa kuamua kama mlolongo wa ziada unawepo katika sampuli ya DNA
- protease
- enzyme ambayo huvunja protini
- DNA inayounganishwa tena
- mchanganyiko wa vipande vya DNA vinavyotokana na cloning ya Masi ambayo haipo katika asili; pia inajulikana kama molekuli ya chimeric
- protini recombinant
- protini bidhaa ya jeni inayotokana na cloning Masi
- cloning ya uzazi
- cloning ya viumbe vyote
- kizuizi endonuclease
- enzyme ambayo inaweza kutambua na kuunganisha Utaratibu maalum wa DNA
- genetics ya nyuma
- njia ya kuamua kazi ya jeni kwa kuanzia na jeni yenyewe badala ya kuanzia na bidhaa za jeni
- reverse transcriptase PCR (RT-PCR)
- Mbinu ya PCR ambayo inahusisha kubadili RNA kwa DNA kwa transcriptase ya reverse
- ribonuclease
- enzyme ambayo huvunja RNA
- Kusini mwa kufutwa
- uhamisho wa DNA kutoka gel hadi membrane ya nylon
- Ti plasmid
- mfumo wa plasmid inayotokana na tumifaciens ya Agrobacterium ambayo imetumiwa na wanasayansi kuanzisha DNA ya kigeni katika seli za mimea
- jeni kutoka mnyama mwingine
- viumbe vinavyopokea DNA kutoka kwa aina tofauti