Hoe kunstmatig het DNA van een organisme in een laboratoriumsysteem aangepast?

Alle levende wezens hebben een reeks genen in hun DNA die de kenmerken van elk individu bepalen. Van de haarkleur van een Yorkshire -terriër tot de kleur van de ogen van een papegaai, de hoogte van een giraf of de smaak van een mandarijn, alles wordt bepaald door de genen.

De set genen die elk levend wezen heeft, staat bekend als zijn genotype, en de waarneembare kenmerken die deze genen in het individu produceren, staan ​​bekend als hun Fenotype.

Vaak zijn wetenschappers geïnteresseerd in het modificeren van genen in DNA om een ​​bepaald fenotype te verkrijgen. In sommige gevallen kan dit fenotype de weerstand zijn van een plant tegen een pest, of de grootte en smaak van een fruit. In andere gevallen kan deze aanpassing echter proberen een erfelijke ziekte of zelfs kanker te genezen.

Maar hoe doen wetenschappers, genetici en moleculaire biologen om DNA kunstmatig te modificeren om deze doeleinden te bereiken? Ze doen het door verschillende technieken voor genetische engineering. Met deze technieken kan het de genetische code wijzigen, of genen en andere stukken genetisch materiaal invoegen van de ene persoon naar de andere.

De meest gebruikte technieken zijn:

• Geïnduceerde mutaties door middel van straling en door chemische mutans.
• Transformatie.
• Transfectie.
• Transductie.

Geïnduceerde mutaties

Een mutatie is elke verandering in de normale sequentie van DNA. Deze kunnen optreden, en in feite komen ze op natuurlijke wijze voor door verschillende mechanismen wanneer cellen worden verdeeld of gereproduceerd, wat een van de krachten is die evolutie in levende wezens stimuleert.

Naast het natuurlijk gebeuren, ontdekten wetenschappers jaren geleden dat mutaties in het laboratorium konden worden veroorzaakt. Dit wordt gedaan door mutagene middelen (mutatiesgeneratoren) fysische en chemische stof.

Geïnduceerde mutaties, zoals de inboorlingen, komen volledig willekeurig voor. Dit betekent dat we niet kunnen bepalen welk gen of welke bepaalde cel een mutatie zal ondergaan, noch welke specifieke mutatie zal lijden.

Als gevolg hiervan, wanneer biologen een droogte meer resistente plant willen ontwikkelen om de honger van de wereld te bestrijden, bijvoorbeeld, wat ze meestal doen, is mutaties induceren in miljoenen en miljoenen cellen van die plant, in de hoop dat een van deze cellen de gewenste bevat mutatie. Als ze het krijgen, reproduceren ze die cel totdat je een complete plant krijgt.

Zoals hierboven vermeld, zijn er twee hoofdklassen van mutagenen, fysici en chemici.

Mutaties geïnduceerd door fysieke mutans

De meest gebruikte fysieke mutagen in het laboratorium om mutaties te induceren, is straling ioniseren. Dit heeft de mogelijkheid om grote veranderingen in DNA te genereren, zoals:

• Deleties of eliminatie van complete stukken DNA of stukken chromosomen.
• Investeringen uit de reeks.
• Translocaties waarin een stuk van een chromosoom naar een andere plaats gaat, anders dan de oorspronkelijke positie.

Geïnduceerde mutaties door middel van chemische mutans

Chemische mutans zijn chemische stoffen die reageren met DNA of die interfereren in hun replicatie die in het algemeen specifieke veranderingen in de sequentie produceren. Veel carcinogene stoffen zoals sommige conserveermiddelen of kunstmatige kleurstoffen zijn chemische mutagenen.

Transformatie

Naast geïnduceerde mutaties gebruiken biotechnologen en genetische ingenieurs ook andere technieken om DNA te wijzigen. Een van deze technieken is de transformatie, die bestaat uit het proces waarin een bacterie DNA van een andere bacterie absorbeert door zijn celwand.

De transformatie wordt niet alleen door wetenschappers gebruikt om bacteriën te produceren met speciale genetische kenmerken, maar het is ook een van de manieren als onschadelijke of zelfs nuttige bacteriën zoals die we in de darm hebben omgezet in pathogene bacteriën die ziek worden.

Transfectie

Wanneer het hierboven beschreven transformatieproces wordt uitgevoerd bij dieren, wordt het transfectie genoemd. Met andere woorden, transfectie is de manier waarop biotechnologen buitenlands DNA introduceren in dierlijke cellen zoals menselijke cellen.

Aangezien dierlijke cellen niet het natuurlijke vermogen hebben om DNA van de buitenste omgeving te absorberen, wordt een proces genaamd elektroporatie normaal uitgevoerd, dat grote poriën in het celmembraan genereert waardoor DNA kan binnenkomen.

Transductie

Transformatie en transfectie zijn niet erg efficiënte manieren om genen in een cel te introduceren, omdat DNA gemakkelijk kan worden verbroken wanneer deze buiten de cel is. Om deze reden, wanneer u de code van een organisme wilt wijzigen, wordt een door de natuur gecreëerde systeem meestal voor dit doel gebruikt: het virus.

Virussen zijn grote moleculaire complexen gevormd door eiwitten en DNA of RNA. Er zijn veel verschillende soorten virussen die op verschillende manieren werken, maar het principe is altijd hetzelfde: door een cel te infecteren, introduceert het virus zijn DNA om de celmachines te dwingen het te reproduceren en te vertalen in meer virale deeltjes.

Transductie is een genetisch modificatieproces dat gebruik maakt van deze eigenaardigheid van virussen, maar om het DNA te introduceren dat wetenschappers willen, in plaats van het virus -DNA.

Met behulp van verschillende moleculaire biologietechnieken verkrijgen wetenschappers de schaal van een virus en introduceren het DNA dat ze in de cel willen opnemen. Vervolgens infecteren ze de cel met dit gemodificeerde "virus".

Vaccins tegen coronavirus: een voorbeeld van genetische modificatie door transductie

Het lijkt misschien vreemd om te denken dat miljoenen mensen de laatste tijd genetische therapie hebben ontvangen, maar dit is in sommige opzichten waar. Dit komt omdat sommige van de toegepaste vaccins die werden toegepast en die nog steeds worden toegepast om de ziekte te bestrijden die wordt geproduceerd door het coronavirus SARS-COV-2, de COVID-19, het principe van transductieprincipe gebruiken om de cellen van de patiënt te wijzigen.

Voorbeelden hiervan zijn de virale vectorvaccins zoals het Janssen -vaccin, door Johnson en Johnson, en de Chadox1 ontwikkeld tussen de Universiteit van Oxford en de AstraZeneca Company van het Verenigd Koninkrijk. Dit vaccin werd vervaardigd met behulp van de schaal van een chimpansee -virus waarin de genen die werden geproduceerd door de Puya's van de kroon van het coronavirus werden geïntroduceerd.

Referenties

1. Spaanse kindergeneeskunde Associatie. (2020, 14 december). Virale vectorvaccins: Chadox1 van de Universiteit van Oxford en AstraZeneca. Hersteld van https: // vaccunasaep.Org/Professionals/News/Covid-Vacunas-Victor-Viral-Chadox1-Oxford-AstraZeneca
2. International Atomic Energy Association, IAEA. (S. F.)). Inductie van mutaties in planten | Oiea. Hersteld van https: // www.IAEA.org/es/onderwerpen/inductie-van-mutaties
3. MedlinePlus. (2021, 15 juli). Covid-19 vaccin, virale vector (Janssen [Johnson en Johnson]): MedlinePlus Medicines. Hersteld van https: // medlinePlus.GOV/Spaans/DrugInfo/Meds/A621007-ES.HTML
4. Novak, f. J., & Brunner, h. (1992). Phytotechnics: geïnduceerde mutatietechnologie voor gewasverbetering. Oiea bulletin, 25-33. Hersteld van https: // www.IAEA.org/sites/standaard/bestanden/34405682533_es.PDF