מהם GMOs וכיצד הם מיוצרים?

GMO הוא קיצור של "אורגניזם מהונדס גנטית". שינוי גנטי קיים כבר עשרות שנים היא הדרך היעילה והמהירה ביותר ליצור צמח או חיה עם תכונה מסוימת או מאפיין. זה מאפשר שינויים מדויקים וספציפיים ברצף ה- DNA. מכיוון ש- DNA למעשה מהווה את תכנית העבודה של האורגניזם כולו, שינויים ב- DNA משנים מה זה אורגניזם ומה הוא יכול לעשות. הטכניקות לתמרון ה- DNA פותחו רק בארבעים השנים האחרונות.

איך אתה משנה גנטית אורגניזם? למעשה, זו שאלה די רחבה. אורגניזם יכול להיות צמח, חיה, פטריה, או חיידק וכל אלה יכולים להיות, והיו מהונדסים גנטית כמעט 40 שנה. האורגניזמים הראשונים המהונדסים גנטית היו חיידקים בראשית שנות השבעים. מאז הפכו חיידקים שעברו שינוי גנטי לסוס העבודה של מאות אלפי מעבדות שעושות שינויים גנטיים גם על צמחים ובעלי חיים. מרבית הטרוף והשינויים הבסיסיים של הגן מיועדים ומוכנים באמצעות חיידקים, בעיקר וריאציה מסוימת של ה. קוליואז מועבר לאורגניזמי מטרה.

הגישה הכללית לשינוי גנטי של צמחים, בעלי חיים או חיידקים דומה באופן רעיוני. עם זאת, ישנם כמה הבדלים בטכניקות הספציפיות עקב הבדלים כלליים בין תאים מהצומח לבין בעלי החיים. לדוגמא, לתאי צמח יש קירות תא ותאי בעלי חיים אינם.

בעלי חיים שהשתנו גנטית מיועדים בעיקר למטרות מחקר בלבד, שם הם משמשים לעתים קרובות מודל מערכות ביולוגיות לפיתוח תרופות. היו כמה בעלי חיים מהונדסים גנטית שפותחו למטרות מסחריות אחרות, כגון דגים ניאון כחיות מחמד, ויתושים מהונדסים גנטית בכדי לסייע בבקרת יתושים נושאי מחלות. עם זאת, מדובר ביישום מוגבל יחסית מחוץ למחקר ביולוגי בסיסי. עד כה לא אושרו שום בעלי חיים מהונדסים גנטית כמקור מזון. עם זאת בקרוב זה עשוי להשתנות עם הסלמון AquaAdvantage שעושה את דרכו בתהליך האישור.

עם זאת, אצל צמחים המצב שונה. בעוד שהרבה צמחים עוברים שינוי למחקר, המטרה של שינוי הגנטי היבולי ביותר היא לגרום לזן צמחיים מועיל מבחינה מסחרית או חברתית. לדוגמה, ניתן להגדיל את התשואות אם צמחים מיועדים עם עמידות משופרת למזיק שגורם מחלות כמו זה קשת פפאיה, או היכולת לצמוח באזור בלתי-אפשרי, אולי קר יותר. פרי שנשאר בשל עוד, כמו עגבניות קיץ אינסופיות, מספק זמן רב יותר לזמן המדף לאחר הקטיף לשימוש. כמו כן, תכונות המשפרות את הערך התזונתי, כגון רייס גולדן מיועד להיות עשיר בוויטמין A, או בתועלת הפרי, כגון אי השחמה תפוחים ארקטיים נעשו גם.

בעיקרו של דבר, ניתן להציג כל תכונה שניתן לבוא לידי ביטוי בתוספת או לעיכוב של גן ספציפי. ניתן היה גם לנהל תכונות הדורשות גנים מרובים, אך הדבר דורש תהליך מורכב יותר שטרם הושג בגידולים מסחריים.

לפני שמסבירים כיצד מכניסים גנים חדשים לאורגניזמים, חשוב להבין מהו גן. כפי שרבים מן הסתם יודעים, גנים עשויים מ- DNA, המורכב בחלקו מארבעה בסיסים המצויינים בדרך כלל כפשטות A, T, C, G. ניתן לחשוב על הסדר הליניארי של בסיסים אלה בשורה במורד גדיל DNA של גן כקוד לחלבון ספציפי, ממש כמו אותיות בשורה של קוד טקסט למשפט.

חלבונים הם מולקולות ביולוגיות גדולות העשויות מחומצות אמינו המקושרות זו לזו בשילובים שונים. כאשר השילוב הנכון של חומצות אמינו מקושר זה לזה, שרשרת חומצות האמינו מתקפלת יחד לחלבון עם צורה ספציפית והתכונות הכימיות הנכונות יחד כדי לאפשר לו לבצע פונקציה מסוימת או תגובה. דברים חיים מורכבים ברובם מחלבונים. חלבונים מסוימים הם אנזימים המזרזים תגובות כימיות; אחרים מעבירים חומר לתאים וחלקם פועלים כמתגים המפעילים או מבטלים חלבונים או מפל חלבונים אחרים. לכן, כאשר הוצג גן חדש, הוא נותן לתא את רצף הקוד בכדי לאפשר לו להפוך לחלבון חדש.

בצמחים ובתאי בעלי חיים, כמעט כל ה- DNA מסודר בכמה גדילים ארוכים המפותלים לכרומוזומים. הגנים הם למעשה רק חלקים קטנים מהרצף הארוך של ה- DNA המרכיב כרומוזום. בכל פעם שתא משוכפל, כל הכרומוזומים משוכפלים תחילה. זו מערכת ההוראות המרכזית לתא, וכל תא צאצאים מקבל עותק. לכן, כדי להכניס גן חדש המאפשר לתא לייצר חלבון חדש המקנה תכונה מסוימת, צריך פשוט להכניס מעט DNA לאחד מגדילי הכרומוזומים הארוכים. לאחר הכניסה, ה- DNA יועבר לכל תאי בת כאשר הם תא משכפלים בדיוק כמו כל הגנים האחרים.

למעשה, בטוח סוגים של DNA ניתן לשמור בתאים הנפרדים מהכרומוזומים וניתן להכניס גנים באמצעות מבנים אלה, כך שהם לא ישתלבו ב- DNA הכרומוזומלי. עם זאת, בגישה זו, מכיוון שה- DNA הכרומוזומלי של התא משתנה, לרוב לא נשמר בכל התאים לאחר מספר שכפול. לצורך שינוי גנטי קבוע וירשתי, כמו תהליכים המשמשים להנדסת יבולים, משתמשים בשינויים כרומוזומים.

הנדסה גנטית מתייחסת פשוט להכנסת רצף בסיס DNA חדש (המתאים בדרך כלל לגן שלם) לתוך ה- DNA הכרומוזומלי של האורגניזם. זה אולי נראה פשוט מבחינה רעיונית, אבל מבחינה טכנית זה מסתבך קצת יותר. ישנם פרטים טכניים רבים המעורבים בהכנסת רצף ה- DNA הנכון עם האותות הנכונים לתוכנית כרומוזום בהקשר הנכון המאפשר לתאים לזהות שהוא גן ולהשתמש בו כדי ליצור חדש חלבון.

ישנם ארבעה אלמנטים מרכזיים המשותפים כמעט לכל ההליכים להנדסה גנטית:

1. ראשית, אתה זקוק לגן. משמעות הדבר היא שאתה זקוק למולקולת ה- DNA הפיזית עם רצפי הבסיס הספציפיים. באופן מסורתי, רצפים אלה התקבלו ישירות מאורגניזם תוך שימוש באחת מכמה טכניקות מייגעות. בימינו, במקום להוציא DNA מאורגניזם, מדענים בדרך כלל רק מסנתזים מכימיקלים בסיסיים של A, T, C, G. לאחר השגתו, ניתן להכניס את הרצף לפיסת DNA של חיידקים הדומה לכרומוזום קטן (פלסמיד), ומכיוון שחיידקים משכפלים במהירות, ניתן ליצור כמה שיותר מהגן.
2. ברגע שיש לך את הגן, אתה צריך למקם אותו בחוט DNA שמוקף ברצף ה- DNA הימני שמסביב לתא כדי לזהות אותו ולהביע אותו. בעיקרון זה אומר שאתה צריך רצף DNA קטן הנקרא מקדם שמאותת לתא לבטא את הגן.
3. בנוסף לגן העיקרי שיש להכניס, לעיתים קרובות יש צורך בגן שני בכדי לספק סמן או סלקציה. גן שני זה הוא בעצם כלי המשמש לזיהוי התאים המכילים את הגן.
4. לבסוף, יש צורך בשיטה למסירת ה- DNA החדש (כלומר, מקדם, גן חדש וסמן סלקציה) לתאי האורגניזם. ישנן מספר דרכים לעשות זאת. עבור צמחים, האהוב עלי ביותר הוא אקדח גנים גישה המשתמשת ברובה 22 שונה כדי לירות בתאי טונגסטן או חלקיקי זהב מצופים DNA.

עם תאים מן החי, ישנם מספר ריאגנטים לעיכול שמעטה או מורכב את ה- DNA ומאפשר לו לעבור דרך קרומי התא. מקובל גם שחבור ה- DNA יחד DNA ויראלי שונה זה יכול לשמש כווקטור גנים להעברת הגן לתאים. ה- DNA הנגיפי שהשתנה ניתן להכיל חלבונים ויראליים רגילים בכדי ליצור נגיף פסאודובי שיכול להדביק תאים ולהכניס את ה- DNA הנושא את הגן, אך לא לשכפל אותו כדי ליצור וירוס חדש.

עבור צמחי דיקו רבים, ניתן למקם את הגן בתוך גרסה שונה של נשא ה- T-DNA של חיידק Agrobacterium tumefaciens. ישנן גם כמה גישות אחרות. עם זאת, עם רובם, רק מספר קטן של תאים מרים את הגן והופך את הבחירה בתאים המהונדסים לחלק קריטי בתהליך זה. זו הסיבה שבדרך כלל יש צורך בגן סלקציה או סמן.

GMO הוא אורגניזם עם מיליוני תאים והטכניקה שלעיל רק מתארת ​​באמת כיצד להנדס גנטית תאים בודדים. עם זאת, התהליך לייצור אורגניזם שלם כרוך בעצם בשימוש בטכניקות הנדסיות גנטיות אלו על תאי נבט (כלומר, תאי זרע וביצית). לאחר הכנסת גן המפתח, שאר התהליך משתמש בעיקרו בטכניקות גידול גנטיות לייצור צמחים או בעלי חיים המכילים את הגן החדש בכל התאים בגופם. הנדסה גנטית נעשית רק לתאים. הביולוגיה עושה את השאר.