BIOLOGI, REKAYASA GENETIKA

DAN BIOTEKNOLOGI

“Pengetahuan ditentukan oleh

apa yang kita klaim

seperti kebenaran"

P.A.FLORENSKY.

Biologi modern pada dasarnya berbeda dari biologi tradisional tidak hanya dalam pengembangan ide-ide kognitif yang lebih mendalam, tetapi juga dalam hubungan yang lebih dekat dengan kehidupan masyarakat, dengan praktik. Dapat dikatakan bahwa pada zaman kita biologi telah menjadi sarana untuk mengubah dunia kehidupan guna memenuhi kebutuhan material masyarakat. Kesimpulan ini diilustrasikan terutama oleh hubungan erat antara biologi dan bioteknologi, yang telah menjadi bidang produksi material terpenting, mitra setara teknologi mekanik dan kimia yang diciptakan oleh manusia sebelumnya. Apa yang menjelaskan munculnya bioteknologi?

Sejak awal, biologi dan bioteknologi selalu berkembang bersama, dan sejak awal, biologi telah menjadi dasar ilmiah bioteknologi. Namun, untuk waktu yang lama, kurangnya data sendiri tidak memungkinkan biologi berdampak sangat besar pada bioteknologi. Situasi berubah secara dramatis dengan penciptaan pada paruh kedua abad ke-20. metodologi rekayasa genetika, yang dipahami sebagai manipulasi genetik dengan tujuan "membangun baru dan merekonstruksi genotipe yang ada. Karena sifatnya pencapaian metodis, rekayasa genetika tidak mengarah pada kerusakan gagasan yang berlaku tentang fenomena biologis, tidak memengaruhi ketentuan dasar biologi, seperti halnya astronomi radio tidak menggoyahkan ketentuan dasar astrofisika, penetapan "setara mekanis panas" tidak menyebabkan perubahan hukum konduksi panas, dan pembuktian teori atomistik materi tidak mengubah hubungan teori termodinamika, hidrodinamika dan elastisitas.

Rekayasa genetika telah membuka era baru dalam biologi karena peluang baru telah muncul untuk menembus kedalaman fenomena biologis untuk lebih mengkarakterisasi bentuk-bentuk keberadaan materi hidup, untuk mempelajari struktur dan fungsi gen dengan lebih efektif. pada tingkat molekuler, memahami mekanisme halus dari peralatan genetik. Keberhasilan rekayasa genetika berarti revolusi dalam ilmu pengetahuan alam modern. Mereka menentukan kriteria nilai gagasan modern tentang fitur struktural dan fungsional tingkat molekuler dan seluler materi hidup. Data modern tentang makhluk hidup memiliki signifikansi kognitif yang sangat besar, karena memberikan pemahaman tentang salah satu aspek terpenting dunia organik dan dengan demikian memberikan kontribusi yang tak ternilai bagi penciptaan gambaran ilmiah dunia. Dengan demikian, setelah memperluas basis kognitifnya secara tajam, biologi melalui rekayasa genetika juga memiliki pengaruh utama pada kebangkitan bioteknologi.

Rekayasa genetika menciptakan landasan untuk memahami metode dan cara "merancang" organisme baru atau meningkatkan organisme yang ada, memberi mereka nilai ekonomi yang lebih besar, kemampuan yang lebih besar untuk meningkatkan produktivitas proses bioteknologi secara tajam.

Dalam kerangka rekayasa genetika, dibuat perbedaan antara rekayasa genetika dan rekayasa sel. Rekayasa genetika adalah manipulasi untuk membuat molekul DNA rekombinan. Metodologi ini sering disebut sebagai kloning molekuler, kloning gen, teknologi DNA rekombinan, atau sekadar manipulasi genetik. Penting untuk ditekankan bahwa objek rekayasa genetika adalah molekul DNA, gen individu. Sebaliknya, rekayasa sel dipahami sebagai manipulasi genetik dengan sel individu yang terisolasi atau kelompok sel tumbuhan dan hewan.

Bab XIX

REKAYASA GENETIKA

Rekayasa genetika adalah seperangkat berbagai metode eksperimental (teknik) yang menyediakan konstruksi (rekonstruksi) dan kloning molekul DNA (gen) dengan tujuan tertentu.

Metode rekayasa genetika digunakan dalam urutan tertentu (Gbr. 221), dan ada beberapa tahapan dalam melakukan percobaan rekayasa genetika khas yang bertujuan untuk mengkloning suatu gen, yaitu:

1. Isolasi DNA dari sel organisme yang diinginkan (awal) dan isolasi vektor DNA.

2. Pemotongan (restriksi) DNA organisme asli menjadi fragmen yang mengandung gen yang diinginkan menggunakan salah satu enzim restriksi dan isolasi gen tersebut dari campuran restriksi yang dihasilkan. Pada saat yang sama, DNA vektor dipotong (dibatasi), mengubahnya dari struktur melingkar menjadi struktur linier.

3. Menghubungkan segmen DNA (gen) yang diinginkan ke DNA vektor untuk mendapatkan molekul DNA hibrid.

4. Pengenalan molekul DNA hibrida dengan transformasi menjadi beberapa organisme lain, misalnya menjadi E. coli atau menjadi sel somatik.

5. Inokulasi bakteri, di mana molekul DNA hibrid diperkenalkan, pada media nutrisi memungkinkan pertumbuhan hanya sel yang mengandung molekul DNA hibrid.

6. Identifikasi koloni yang terdiri dari bakteri yang mengandung molekul DNA hibrid.

7. Isolasi DNA kloning (gen kloning) dan karakterisasinya, termasuk pengurutan basa nitrogen pada fragmen DNA hasil kloning.

DNA (sumber dan vektor), enzim, sel tempat DNA dikloning - semua ini disebut "alat" rekayasa genetika.

isolasi DNA

Pertimbangkan metode ekstraksi DNA menggunakan contoh plasmid DNA. DNA dari sel bakteri yang mengandung plasmid diisolasi menggunakan teknik tradisional, yang terdiri dari memperoleh ekstrak sel dengan adanya deterjen dan selanjutnya menghilangkan ekstrak protein dengan ekstraksi fenol (Gbr. 222). Pemurnian lengkap DNA plasmid dari protein, RNA, dan senyawa lain dilakukan dalam beberapa tahap. Setelah sel dihancurkan, misalnya dengan bantuan lisozim (dindingnya larut), deterjen ditambahkan ke ekstrak untuk melarutkan membran dan menonaktifkan beberapa protein. Sebagian besar DNA kromosom dihilangkan dari preparat yang dihasilkan dengan sentrifugasi konvensional.

Kromatografi sering digunakan untuk pemurnian lengkap. Jika pemurnian yang sangat menyeluruh diperlukan, sentrifugasi gradien densitas CsCI berkecepatan tinggi menggunakan etidium bromida digunakan. DNA kromosom yang tersisa akan terfragmentasi menjadi linier, sedangkan DNA plasmid akan tetap tertutup secara kovalen. Karena etidium bromida kurang padat daripada DNA, selama ultrasentrifugasi dalam tabung sentrifus, dua cincin akan "memutar keluar" - DNA plasmid dan DNA kromosom (Gbr. 223). DNA plasmid dipilih untuk pekerjaan lebih lanjut, DNA kromosom dibuang.

Sulit untuk menemukan seseorang di dunia modern yang belum pernah mendengar apapun tentang keberhasilan rekayasa genetika.

Saat ini, ini adalah salah satu cara paling menjanjikan untuk mengembangkan bioteknologi, meningkatkan produksi pertanian, kedokteran, dan sejumlah industri lainnya.

Apa itu rekayasa genetika?

Seperti yang Anda ketahui, ciri-ciri keturunan dari setiap makhluk hidup terekam di setiap sel tubuh dalam bentuk kumpulan gen - unsur molekul protein kompleks. Dengan memasukkan gen asing ke dalam genom makhluk hidup, dimungkinkan untuk mengubah sifat-sifat organisme yang dihasilkan, dan ke arah yang benar: membuat tanaman lebih tahan terhadap embun beku dan penyakit, memberikan sifat baru pada tanaman, dll. .

Organisme yang diperoleh sebagai hasil dari perubahan tersebut disebut rekayasa genetika, atau transgenik, dan disiplin ilmu yang mempelajari modifikasi dan pengembangan teknologi transgenik disebut rekayasa genetika atau genetika.

Objek rekayasa genetika

Mikroorganisme, sel tumbuhan, dan hewan tingkat rendah adalah objek rekayasa genetika yang paling sering dipelajari, tetapi penelitian juga dilakukan pada sel mamalia, dan bahkan pada sel tubuh manusia. Biasanya, objek penelitian langsung adalah molekul DNA, dimurnikan dari zat seluler lainnya. Dengan bantuan enzim, DNA dipecah menjadi segmen-segmen terpisah, dan penting untuk dapat mengenali dan mengisolasi segmen yang diinginkan, mentransfernya dengan bantuan enzim dan mengintegrasikannya ke dalam struktur DNA lain.

Teknik modern sudah memungkinkan untuk memanipulasi segmen genom secara bebas, melipatgandakan bagian rantai herediter yang diinginkan dan memasukkannya sebagai pengganti nukleotida lain dalam DNA penerima. Cukup banyak pengalaman telah terkumpul dan banyak informasi telah dikumpulkan tentang pola struktur mekanisme herediter. Biasanya, tanaman pertanian mengalami transformasi, yang telah meningkatkan produktivitas tanaman pangan utama secara signifikan.

Untuk apa rekayasa genetika?

Pada pertengahan abad ke-20, metode tradisional tidak lagi cocok untuk para ilmuwan, karena arah ini memiliki sejumlah batasan serius:

• tidak mungkin melintasi spesies makhluk hidup yang tidak berkerabat;
• proses rekombinasi sifat-sifat genetik tetap tidak dapat dikendalikan, dan kualitas yang diperlukan pada keturunan muncul sebagai hasil kombinasi acak, sementara sebagian besar keturunan dianggap tidak berhasil dan dibuang selama seleksi;
• tidak mungkin untuk secara akurat mengatur kualitas yang diinginkan saat menyeberang;
• Proses seleksi memakan waktu bertahun-tahun bahkan puluhan tahun.

Mekanisme alami pelestarian sifat-sifat keturunan sangat stabil, dan bahkan munculnya keturunan dengan kualitas yang diinginkan tidak menjamin pelestarian sifat-sifat ini pada generasi berikutnya.

Rekayasa genetika mengatasi semua kesulitan di atas. Dengan bantuan teknologi transgenik, dimungkinkan untuk membuat organisme dengan sifat yang diinginkan dengan mengganti bagian genom tertentu dengan bagian lain yang diambil dari makhluk hidup milik spesies lain. Pada saat yang sama, waktu untuk membuat organisme baru berkurang secara signifikan. Tidak perlu memperbaiki sifat-sifat yang diinginkan, membuatnya dapat diwariskan, karena selalu ada kemungkinan untuk memodifikasi secara genetik kelompok berikutnya, secara harfiah menjalankan proses.

Tahapan menciptakan organisme transgenik

1. Isolasi gen yang diisolasi dengan sifat yang diinginkan. Saat ini, ada teknologi yang cukup andal untuk ini, bahkan ada perpustakaan gen yang disiapkan secara khusus.
2. Memasukkan gen ke dalam vektor untuk ditransfer. Untuk melakukan ini, konstruksi khusus dibuat - transgen, dengan satu atau lebih segmen DNA dan elemen pengatur, yang diintegrasikan ke dalam genom vektor dan dikloning menggunakan ligase dan restriktase. Sebagai vektor, DNA bakteri sirkular - plasmid biasanya digunakan.
3. Menyematkan vektor di tubuh penerima. Proses ini disalin dari proses alami serupa yang memasukkan DNA virus atau bakteri ke dalam sel inang dan bekerja dengan cara yang sama.
4. kloning molekuler. Pada saat yang sama, sel yang dimodifikasi berhasil membelah, menghasilkan banyak sel anak baru yang mengandung genom yang dimodifikasi dan mensintesis molekul protein dengan sifat yang diinginkan.
5. Seleksi transgenik. Tahap terakhir tidak berbeda dengan pekerjaan seleksi biasa.

Apakah rekayasa genetika aman?

Pertanyaan tentang seberapa aman teknologi transgenik diangkat secara berkala baik di komunitas ilmiah maupun di media yang jauh dari sains. Masih belum ada jawaban tegas untuk itu.

Pertama, rekayasa genetika masih merupakan arah yang cukup baru dalam bioteknologi, dan statistik yang memungkinkan seseorang untuk menarik kesimpulan obyektif tentang masalah ini belum terakumulasi.

Kedua, investasi besar dalam rekayasa genetika oleh perusahaan makanan multinasional dapat menjadi alasan tambahan untuk kurangnya penelitian yang serius.


Namun, dalam undang-undang di banyak negara terdapat aturan yang mewajibkan produsen untuk menunjukkan keberadaan produk transgenik pada kemasan produk kelompok makanan. Bagaimanapun, rekayasa genetika telah menunjukkan keefektifan teknologinya yang tinggi, dan pengembangan lebih lanjut menjanjikan kesuksesan dan pencapaian yang lebih besar kepada orang-orang.

.(Sumber: "Biologi. Ensiklopedia Bergambar Modern." Pemimpin Redaksi A.P. Gorkin; M.: Rosmen, 2006.)

Lihat apa itu "rekayasa genetika" di kamus lain:

Rekayasa genetika- cabang genetika molekuler yang terkait dengan penciptaan in vitro yang disengaja dari kombinasi baru bahan genetik (DNA rekombinan) yang mampu bereproduksi dan berfungsi dalam sel inang. Sumber … Kamus-buku referensi istilah normatif dan teknis dokumentasi

Sama seperti rekayasa genetika... Kamus Ensiklopedis Besar

Menurut definisi Undang-Undang Federal tentang peraturan negara di bidang kegiatan rekayasa genetika tanggal 5 Juni 1996, seperangkat teknik, metode dan teknologi, termasuk. teknologi untuk mendapatkan asam ribonukleat dan deoksiribonukleat rekombinan, menurut ... Kamus Hukum

REKAYASA GENETIKA, teknik pembuatan molekul DNA (asam deoksiribonukleat) dengan gen yang diinginkan, yang kemudian dimasukkan ke dalam sel bakteri, jamur (ragi), tanaman atau mamalia sehingga menghasilkan protein yang diinginkan. Metodologi ... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

Bagian genetika yang mengembangkan teknik untuk memanipulasi NC dan menggunakan metode ini untuk penelitian genetik dan produksi organisme dengan genom campuran, termasuk yang berguna untuk kedokteran dan ekonomi nasional. (Sumber: "Daftar istilah ... ... Kamus mikrobiologi

Rekayasa genetika- seperangkat metode dan teknologi, termasuk teknologi untuk memperoleh asam ribonukleat dan deoksiribonukleat rekombinan, untuk mengisolasi gen dari tubuh, memanipulasi gen dan memasukkannya ke dalam organisme lain; ... Sumber ... Terminologi resmi

Rekayasa genetika- — Topik bioteknologi EN rekayasa biomolekuler … Buku Panduan Penerjemah Teknis

REKAYASA GENETIKA- seperangkat teknik, metode dan teknologi, termasuk. teknologi untuk mendapatkan asam ribonukleat (RNA) dan deoksiribonukleat (DNA) rekombinan, untuk mengisolasi gen dari tubuh, untuk memanipulasi gen dan memperkenalkannya ke yang lain ... ... Ensiklopedia Hukum

Istilah rekayasa genetika Istilah bahasa Inggris rekayasa genetika Sinonim rekayasa genetika Singkatan Istilah terkait pengiriman gen, bioteknologi, motor biologis, genom, DNA, RNA, oligonukleotida, plasmid, enzim, terapi gen … Kamus Ensiklopedis Nanoteknologi

Sama seperti rekayasa genetika. * * * REKAYASA GENETIKA REKAYASA GENETIKA, sama dengan rekayasa genetika (lihat REKAYASA GENETIKA) … Kamus ensiklopedis

Rekayasa genetika- Rekayasa Gen Rekayasa genetik Teknologi DNA rekombinan. Ubah menggunakan metode biokimia dan genetik bahan kromosom - zat herediter utama sel. Bahan kromosom terdiri dari... Kamus Nanoteknologi Inggris-Rusia Penjelasan. - M.

Buku

• Rekayasa genetika dalam bioteknologi. Buku teks, Zhuravleva Galina Anatolyevna. Buku teks `Rekayasa Gen dalam Bioteknologi` disiapkan sesuai dengan Standar Pendidikan Negara Federal Pendidikan Profesional Tinggi dalam spesialisasi 020400 `Biologi` dan didasarkan pada kuliah yang diberikan selama lebih dari 10 tahun di Fakultas Biologi ...

Kementerian Pertanian Federasi Rusia

FGOU VPO "Akademi Pertanian Negeri Ural"

dalam disiplin "Genetika veteriner"

pada topik: "Rekayasa Genetika - Sekarang dan Masa Depan"

Dilakukan:

mahasiswa FVM

2 kursus 2 grup 3 p/grup

Shmakova T.S.

Diperiksa:

Erofeeva L.F.

Yekaterinburg 2008

Perkenalan

1. Metode rekayasa genetika

2. Prestasi dalam rekayasa genetika

3. Rekayasa genetika: pro dan kontra

4. Prospek rekayasa genetika

Daftar literatur yang digunakan

Perkenalan

Rekayasa genetika- seperangkat teknik, metode dan teknologi untuk memperoleh RNA dan DNA rekombinan, mengisolasi gen dari suatu organisme (sel), memanipulasi gen dan memasukkannya ke dalam organisme lain. Rekayasa genetika berfungsi untuk mendapatkan kualitas yang diinginkan dari organisme yang dimodifikasi.

Rekayasa genetika bukanlah ilmu dalam arti luas, tetapi merupakan alat bioteknologi, menggunakan penelitian dari ilmu biologi seperti biologi molekuler, sitologi, genetika, mikrobiologi. Peristiwa paling mencolok yang paling menarik perhatian dan sangat penting konsekuensinya adalah serangkaian penemuan, yang mengakibatkan terciptanya metode untuk mengendalikan hereditas organisme hidup, terlebih lagi, pengendalian dengan menembus ke dalam "tempat maha suci" suatu sel hidup - ke dalam peralatan genetiknya.

Tingkat pengetahuan kita saat ini tentang biokimia, biologi molekuler, dan genetika memungkinkan kita mengandalkan keberhasilan pengembangan bioteknologi baru - rekayasa genetika, yaitu seperangkat metode yang memungkinkan, melalui operasi dalam tabung reaksi, untuk mentransfer informasi genetik dari satu organisme ke organisme lain. Transfer gen memungkinkan untuk mengatasi hambatan antarspesies dan mentransfer sifat herediter individu dari satu organisme ke organisme lain. Tujuan rekayasa genetika bukanlah untuk mengubah mitos menjadi kenyataan, tetapi untuk mendapatkan sel (terutama bakteri) yang mampu menghasilkan beberapa protein "manusia" dalam skala industri.

1. Metode rekayasa genetika

Metode rekayasa genetika yang paling umum adalah metode memperoleh rekombinan, yaitu mengandung gen asing, plasmid. Plasmid adalah molekul DNA beruntai ganda melingkar yang terdiri dari beberapa pasang nukleotida. Plasmid adalah elemen genetik otonom yang bereplikasi (yaitu berkembang biak) dalam sel bakteri pada waktu yang berbeda dari molekul DNA utama. Meskipun plasmid hanya membentuk sebagian kecil dari DNA seluler, plasmid membawa gen vital bagi bakteri seperti gen resistensi obat. Plasmid yang berbeda mengandung gen resistensi obat antibakteri yang berbeda.

Sebagian besar obat - antibiotik ini digunakan sebagai obat dalam pengobatan sejumlah penyakit pada manusia dan hewan peliharaan. Bakteri yang memiliki plasmid berbeda memperoleh resistensi terhadap berbagai antibiotik, terhadap garam logam berat. Ketika antibiotik tertentu terpapar ke sel bakteri, plasmid yang memberikan resistensi terhadapnya dengan cepat menyebar di antara bakteri, menjaganya tetap hidup. Kesederhanaan plasmid dan kemudahannya menembus bakteri digunakan oleh insinyur genetika untuk memasukkan gen organisme yang lebih tinggi ke dalam sel bakteri.

Endonuklease restriksi, atau enzim restriksi, adalah alat yang ampuh untuk rekayasa genetika. Pembatasan secara harfiah berarti "pembatasan". Sel bakteri menghasilkan enzim restriksi untuk menghancurkan DNA asing, terutama fag, yang diperlukan untuk membatasi infeksi virus. Enzim restriksi mengenali sekuen nukleotida tertentu dan mengintrodusir pemutusan untai DNA simetris dengan jarak miring pada jarak yang sama dari pusat tempat pengenalan. Akibatnya, "ekor" beruntai tunggal pendek (juga disebut ujung "lengket") terbentuk di ujung setiap fragmen DNA yang dibatasi.

Seluruh proses memperoleh bakteri, yang disebut kloning, terdiri dari tahapan-tahapan yang berurutan:

1. Pembatasan - memotong DNA manusia dengan enzim restriksi menjadi banyak fragmen berbeda, tetapi dengan ujung "lengket" yang sama. Ujung yang sama diperoleh dengan memotong DNA plasmid dengan enzim restriksi yang sama.

2. Ligitasi - dimasukkannya fragmen DNA manusia ke dalam plasmid karena "pengikatan silang ujung yang lengket" oleh enzim ligase.

3. Transformasi - memasukkan plasmid rekombinan ke dalam sel bakteri yang diperlakukan dengan cara khusus - sehingga menjadi permeabel terhadap makromolekul untuk waktu yang singkat. Namun, plasmid hanya menembus sebagian kecil dari bakteri yang diberi perlakuan. Bakteri yang diubah, bersama dengan plasmid, mendapatkan resistensi terhadap antibiotik tertentu. Ini memungkinkan mereka untuk dipisahkan dari bakteri non-transformasi yang mati pada media yang mengandung antibiotik ini. Untuk melakukan ini, bakteri ditaburkan pada media nutrisi, yang sebelumnya diencerkan sehingga selama pengayakan sel berada pada jarak yang cukup jauh satu sama lain. Setiap bakteri yang diubah berkembang biak dan membentuk koloni ribuan keturunan - klon.

4. Skrining - seleksi di antara klon bakteri yang membawa gen manusia yang diinginkan. Untuk melakukan ini, semua koloni bakteri ditutup dengan filter khusus. Saat dihilangkan, ia meninggalkan jejak koloni, karena beberapa sel dari setiap klon menempel pada filter. Kemudian dilakukan hibridisasi molekuler. Filter direndam dalam larutan dengan probe berlabel radioaktif. Probe adalah polinukleotida dari bagian komplementer dari gen yang diinginkan. Ia berhibridisasi hanya dengan plasmid rekombinan yang mengandung gen yang diinginkan. Setelah hibridisasi, film sinar-X diterapkan pada filter dalam gelap dan dikembangkan setelah beberapa jam. Posisi area yang diterangi pada film memungkinkan untuk menemukan di antara banyak klon bakteri yang diubah yang memiliki plasmid dengan gen yang diinginkan.

Tidak selalu mungkin untuk memotong gen yang diinginkan menggunakan restriktase. Oleh karena itu, dalam beberapa kasus, proses kloning dimulai dengan produksi gen yang diinginkan yang ditargetkan. Untuk melakukan ini, mRNA, yang merupakan salinan transkripsi dari gen ini, diisolasi dari sel manusia, dan dengan bantuan enzim reverse transcriptase, rantai DNA yang melengkapinya disintesis. Kemudian mRNA yang berfungsi sebagai templat dalam sintesis DNA dihancurkan oleh enzim khusus yang mampu menghidrolisis untai RNA yang dipasangkan dengan untai DNA. Untai DNA yang tersisa berfungsi sebagai templat untuk sintesis oleh transkriptase terbalik yang melengkapi untai DNA kedua.

Heliks ganda DNA yang dihasilkan disebut cDNA (DNA komplementer). Ini sesuai dengan gen dari mana mRNA dibaca dan diluncurkan ke sistem reverse transcriptase. C-DNA tersebut dimasukkan ke dalam plasmid, yang digunakan untuk mengubah bakteri dan mendapatkan klon yang hanya berisi gen manusia terpilih.

Untuk melakukan transfer gen, Anda harus melakukan operasi berikut:

· Isolasi dari sel bakteri, hewan atau tumbuhan dari gen yang dijadwalkan untuk dipindahkan.

· Pembuatan konstruksi genetik khusus, di mana gen yang dimaksud akan dimasukkan ke dalam genom spesies lain.

· Pengenalan konstruksi genetik pertama ke dalam sel, dan kemudian ke genom spesies lain dan penanaman sel yang diubah menjadi organisme utuh.

2. Prestasi dalam rekayasa genetika

hereditas bioteknologi rekayasa genetika

Sekarang mereka sudah mengetahui cara mensintesis gen, dan dengan bantuan gen yang disintesis tersebut dimasukkan ke dalam bakteri, sejumlah zat diperoleh, khususnya hormon dan interferon. Produksi mereka merupakan cabang penting dari bioteknologi.

Jadi, pada tahun 1980, hormon pertumbuhan - somatotropin - diperoleh dari bakteri Escherichia coli. Sebelum pengembangan rekayasa genetika, itu diisolasi dari kelenjar pituitari dari mayat. Somatotropin, disintesis dalam sel bakteri yang dirancang khusus, memiliki keuntungan yang jelas: tersedia dalam jumlah besar, sediaannya murni secara biokimia dan bebas dari kontaminasi virus.

Pada tahun 1982, hormon insulin mulai diproduksi dalam skala industri dari bakteri yang mengandung gen insulin manusia. Sampai saat itu, insulin diisolasi dari pankreas sapi dan babi yang disembelih, yang sulit dan mahal.

Interferon, protein yang disintesis oleh tubuh sebagai respons terhadap infeksi virus, sekarang sedang dipelajari sebagai kemungkinan pengobatan untuk kanker dan AIDS. Dibutuhkan ribuan liter darah manusia untuk menghasilkan jumlah interferon yang hanya dihasilkan oleh satu liter kultur bakteri. Jelas keuntungan dari produksi massal zat ini sangat besar. Insulin yang diperoleh dari sintesis mikrobiologis yang diperlukan untuk pengobatan diabetes juga memainkan peran yang sangat penting. Sejumlah vaksin juga telah direkayasa secara genetik dan sedang diuji untuk menguji keefektifannya terhadap human immunodeficiency virus (HIV), yang menyebabkan AIDS.

Bidang lain yang menjanjikan dalam kedokteran terkait dengan DNA rekombinan adalah terapi gen. Dalam karya-karya ini, yang belum meninggalkan tahap percobaan, salinan gen yang direkayasa secara genetik yang mengkode enzim antitumor yang kuat dimasukkan ke dalam tubuh untuk melawan tumor. Terapi gen juga mulai digunakan untuk memerangi gangguan herediter pada sistem kekebalan tubuh.

Pertanian telah berhasil memodifikasi secara genetik lusinan tanaman pangan dan pakan ternak. Dalam peternakan, penggunaan hormon pertumbuhan yang diproduksi secara bioteknologi telah meningkatkan hasil susu; menggunakan virus yang dimodifikasi secara genetik membuat vaksin melawan herpes pada babi.

3. Rekayasa genetika: pro dan kontra

Terlepas dari manfaat yang jelas dari penelitian dan eksperimen genetika, konsep "rekayasa genetika" telah menimbulkan berbagai kecurigaan dan ketakutan, telah menjadi perhatian dan bahkan kontroversi politik. Banyak yang takut, misalnya, beberapa virus penyebab kanker pada manusia akan masuk ke dalam bakteri yang biasanya hidup di dalam tubuh atau di kulit seseorang, dan kemudian bakteri ini akan menyebabkan kanker. Mungkin juga plasmid yang membawa gen resistensi obat akan dimasukkan ke dalam pneumococcus, menyebabkan pneumococcus menjadi resisten terhadap antibiotik dan pneumonia tidak dapat diobati. Bahaya seperti itu pasti ada.

Rekayasa genetika adalah cara yang ampuh untuk mengubah kehidupan, tetapi potensinya bisa berbahaya, dan pertama-tama perlu memperhitungkan efek yang kompleks dan sulit diprediksi yang terkait dengan kemungkinan dampak terhadap lingkungan. Bayangkan beberapa jenis racun yang lebih murah untuk diproduksi daripada herbisida selektif yang kompleks, tetapi tidak dapat digunakan dalam teknologi pertanian karena membunuh tanaman yang berguna serta gulma. Sekarang bayangkan, katakanlah, sebuah gen dimasukkan ke dalam gandum yang membuatnya kebal terhadap racun ini. Petani yang menabur ladang mereka dengan gandum transgenik dapat menyerbuki mereka dengan racun mematikan tanpa hukuman, meningkatkan pendapatan mereka tetapi menyebabkan kerusakan lingkungan yang tidak dapat diperbaiki. Di sisi lain, ahli genetika dapat mencapai efek sebaliknya jika mereka mengembangkan tanaman yang tidak membutuhkan herbisida.

Rekayasa genetika telah menghadirkan tantangan unik bagi umat manusia. Apa yang memberi kita rekayasa genetika, kebahagiaan atau kemalangan? Seluruh dunia sudah berteriak tentang kemungkinan bahaya produk rekayasa genetika bagi kesehatan manusia. Tidak ada pendapat yang tegas dan bulat dari para ilmuwan tentang masalah ini. Beberapa percaya bahwa rekayasa genetika akan menyelamatkan umat manusia dari kelaparan, yang lain percaya bahwa produk rekayasa genetika akan menghancurkan semua kehidupan di bumi bersama manusia. Ilmuwan yang terlibat dalam klaim ini bahwa tanaman hasil rekayasa genetika lebih produktif, lebih tahan terhadap pestisida, lebih menguntungkan secara ekonomi daripada yang konvensional. Karena itu, mereka adalah masa depan. Namun, para ahli yang tidak terkait dengan produsen produk ini jauh dari kata optimis.

Saat ini tidak mungkin untuk memprediksi konsekuensi jangka panjang yang mungkin terjadi akibat konsumsi produk rekayasa genetika. Sikap yang relatif tenang terhadap GM - produk (dimodifikasi secara genetik) - di Amerika Serikat, di mana saat ini sekitar 80 persen dari semua tanaman genetik ditanam. Eropa sangat negatif tentang ini. Di bawah tekanan publik dan organisasi konsumen yang ingin tahu apa yang mereka makan, moratorium impor produk semacam itu telah diberlakukan di beberapa negara (Austria, Prancis, Yunani, Inggris Raya, Luksemburg).

Yang lain mengadopsi persyaratan ketat untuk memberi label makanan hasil rekayasa genetika, yang tentu saja sangat tidak disukai oleh pemasok. Pada tanggal 1 Juli 2000, penjualan produk rekayasa genetika tanpa label peringatan khusus pada kemasannya dilarang di Rusia. Salah satu ilmuwan pertama yang membunyikan alarm tentang potensi bahaya makanan RG adalah profesor Inggris Arpad Pusztai. Dia menyebut mereka "makanan zombie". Kesimpulan semacam itu memungkinkan untuk menarik hasil percobaan pada tikus yang diberi makanan hasil rekayasa genetika. Hewan mengembangkan serangkaian perubahan serius pada saluran pencernaan, hati, gondok, dan limpa. Yang paling memprihatinkan adalah fakta bahwa tikus telah mengurangi volume otak.

Para ilmuwan percaya bahwa dengan bantuan tanaman hasil rekayasa genetika, kehilangan hasil panen dapat dikurangi. Saat ini, pengujian kentang Amerika yang tahan terhadap kumbang kentang Colorado sedang diselesaikan di Rusia. Kemungkinan izin produksi industrinya akan diperoleh tahun ini. Varietas seperti itu memiliki satu "tetapi" yang signifikan. Ketika tanaman diperoleh dengan resistensi yang meningkat tajam terhadap hama apa pun, dalam dua atau tiga generasi hama ini akan beradaptasi dengan tanaman dan akan melahapnya lebih kuat lagi. Oleh karena itu, kentang yang resisten dapat menimbulkan hama invasif yang belum pernah ditemui dunia.

4. Prospek rekayasa genetika

Temuan nyata bagi ahli genetika adalah amber, resin pohon fosil. Pada zaman prasejarah, serangga, serbuk sari, spora jamur, dan sisa tumbuhan sering membeku di dalamnya. Resin yang mengalir dengan rapat menyelimuti tawanannya, dan bahan biologis, aman dan sehat, sedang menunggu peneliti modern. Dan pada tahun 1990, George O. Poinar dari University of California membuat penemuan yang sensasional. Dengan mempelajari rayap yang terperangkap dalam damar 40 juta tahun yang lalu, dia menemukan informasi genetik yang terpelihara dengan baik. Belakangan, Poinar mampu mengisolasi DNA kumbang yang hidup 120 juta tahun lalu dari damar! Sekarang banyak ilmuwan bekerja untuk menghidupkan kembali dinosaurus, trenggiling purba, mammoth. Dan itu tidak lagi tampak seperti fantasi, seperti beberapa tahun yang lalu. Namun, para ilmuwan tidak bermaksud berhenti pada kebangkitan hewan. Jika Anda dapat membangkitkan mereka, maka hal yang sama dapat dilakukan dengan orang-orang.

Perkembangan ilmu pengetahuan memberi kita potensi baik dan buruk. Oleh karena itu, penting bagi kita untuk membuat pilihan yang tepat. Kesulitan utama bersifat politis - pertanyaan tentang siapa "kami" dalam proposal ini. Jika masalah ini diserahkan kepada belas kasihan elemen pasar, kepentingan lingkungan jangka panjang kemungkinan akan menderita. Tetapi hal yang sama dapat dikatakan tentang banyak aspek kehidupan lainnya.

Daftar literatur yang digunakan

1. Neiman B.Ya. industri mikroba. – Pengetahuan, 1983.

2. Ruvinsky A.O. Biologi umum. – Pencerahan, 1994.

3.Chebyshev N.V. Biologi. − Gelombang baru, 2005.

YouTube ensiklopedis

• 1 / 5

  Rekayasa genetika berfungsi untuk mendapatkan kualitas yang diinginkan dari organisme yang dimodifikasi atau dimodifikasi secara genetik. Tidak seperti pemuliaan tradisional, di mana genotipe hanya diubah secara tidak langsung, rekayasa genetika memungkinkan Anda untuk secara langsung mengganggu perangkat genetik menggunakan teknik kloning molekuler. Contoh penerapan rekayasa genetika adalah produksi varietas tanaman baru hasil rekayasa genetika, produksi insulin manusia dengan menggunakan bakteri hasil rekayasa genetika, produksi erythropoietin dalam kultur sel, atau keturunan baru tikus percobaan untuk penelitian ilmiah.

  Dasar dari mikrobiologi, industri biosintetik adalah sel bakteri. Sel-sel yang diperlukan untuk produksi industri dipilih sesuai dengan kriteria tertentu, yang paling penting adalah kemampuan untuk memproduksi, mensintesis, dalam jumlah maksimum, senyawa tertentu - asam amino atau antibiotik, hormon steroid atau asam organik. . Kadang-kadang diperlukan mikroorganisme yang dapat, misalnya, menggunakan minyak atau air limbah sebagai “makanan” dan mengolahnya menjadi biomassa atau bahkan protein yang cukup cocok untuk bahan tambahan pakan. Kadang-kadang diperlukan organisme yang dapat tumbuh pada suhu tinggi atau dengan adanya zat yang tidak diragukan lagi mematikan jenis mikroorganisme lainnya.

  Tugas mendapatkan strain industri semacam itu sangat penting, untuk modifikasi dan pemilihannya, banyak metode pengaruh aktif pada sel telah dikembangkan - mulai dari perawatan dengan racun kuat hingga iradiasi radioaktif. Tujuan dari teknik-teknik ini adalah sama - untuk mencapai perubahan dalam peralatan genetik sel yang turun-temurun. Hasilnya adalah produksi banyak mikroba mutan, dari ratusan dan ribuan di antaranya para ilmuwan kemudian mencoba memilih yang paling cocok untuk tujuan tertentu. Penciptaan teknik mutagenesis kimia atau radiasi merupakan pencapaian luar biasa dalam biologi dan digunakan secara luas dalam bioteknologi modern.

  Tetapi kemampuannya dibatasi oleh sifat mikroorganisme itu sendiri. Mereka tidak mampu mensintesis sejumlah zat berharga yang menumpuk di tanaman, terutama minyak obat dan minyak atsiri. Mereka tidak dapat mensintesis zat yang sangat penting bagi kehidupan hewan dan manusia, sejumlah enzim, hormon peptida, protein kekebalan, interferon, dan banyak lagi senyawa tersusun sederhana yang disintesis pada hewan dan manusia. Tentu saja, kemungkinan mikroorganisme masih jauh dari habis. Dari sekian banyak mikroorganisme, hanya sebagian kecil yang telah digunakan oleh ilmu pengetahuan, dan terutama oleh industri. Untuk keperluan seleksi mikroorganisme, yang sangat menarik misalnya bakteri anaerob yang dapat hidup tanpa oksigen, fototrof yang menggunakan energi cahaya seperti tumbuhan, kemoautotrof, bakteri termofilik yang dapat hidup pada suhu tertentu, seperti yang baru ditemukan. , sekitar 110 ° C, dll.

  Namun keterbatasan "bahan alami" sudah jelas. Mereka mencoba dan mencoba menghindari pembatasan dengan bantuan kultur sel dan jaringan tumbuhan dan hewan. Ini adalah cara yang sangat penting dan menjanjikan, yang juga diterapkan dalam bioteknologi. Selama beberapa dekade terakhir, para ilmuwan telah mengembangkan metode di mana sel tunggal jaringan tumbuhan atau hewan dapat dibuat untuk tumbuh dan berkembang biak secara terpisah dari tubuh, seperti sel bakteri. Ini adalah pencapaian penting - kultur sel yang dihasilkan digunakan untuk eksperimen dan untuk produksi industri zat tertentu yang tidak dapat diperoleh dengan menggunakan kultur bakteri.

  Arah penelitian lainnya adalah penghilangan gen dari DNA yang tidak diperlukan untuk pengkodean protein dan fungsi organisme dan pembuatan organisme buatan berdasarkan DNA tersebut dengan "kumpulan gen yang terpotong". Hal ini memungkinkan peningkatan tajam resistensi organisme yang dimodifikasi terhadap virus.

  Sejarah perkembangan dan pencapaian tingkat teknologi

  Pada paruh kedua abad ke-20, beberapa penemuan dan penemuan penting dibuat yang mendasarinya rekayasa genetika. Upaya bertahun-tahun untuk "membaca" informasi biologis yang "dicatat" dalam gen telah berhasil diselesaikan. Pekerjaan ini dimulai oleh ilmuwan Inggris Frederick Sanger dan ilmuwan Amerika Walter Gilbert (Penghargaan Nobel Kimia pada tahun 1980). Seperti yang Anda ketahui, gen mengandung informasi-instruksi untuk sintesis molekul RNA dan protein dalam tubuh, termasuk enzim. Untuk memaksa sel mensintesis zat baru yang tidak biasa untuknya, set enzim yang sesuai perlu disintesis di dalamnya. Dan untuk ini perlu mengubah gen di dalamnya dengan sengaja, atau memasukkan gen baru yang sebelumnya tidak ada ke dalamnya. Perubahan gen pada sel hidup adalah mutasi. Mereka terjadi di bawah pengaruh, misalnya, mutagen - racun kimia atau radiasi. Tetapi perubahan seperti itu tidak dapat dikendalikan atau diarahkan. Oleh karena itu, para ilmuwan telah memusatkan upaya mereka untuk mencoba mengembangkan metode untuk memasukkan ke dalam sel gen baru yang sangat spesifik yang dibutuhkan seseorang.

  Tahapan utama penyelesaian masalah rekayasa genetika adalah sebagai berikut:

  1. Memperoleh gen yang terisolasi.
  2. Pengenalan gen ke dalam vektor untuk ditransfer ke suatu organisme.
  3. Transfer vektor dengan gen ke dalam organisme yang dimodifikasi.
  4. Transformasi sel-sel tubuh.
  5. Seleksi organisme hasil rekayasa genetika ( GMO) dan menghilangkan yang tidak berhasil dimodifikasi.

  Proses sintesis gen saat ini berkembang dengan sangat baik dan bahkan sebagian besar otomatis. Ada perangkat khusus yang dilengkapi dengan komputer, di mana program untuk sintesis berbagai urutan nukleotida disimpan dalam memori. Alat semacam itu mensintesis segmen DNA dengan panjang hingga 100-120 basa nitrogen (oligonukleotida). Sebuah teknik telah tersebar luas yang memungkinkan penggunaan reaksi berantai polimerase untuk sintesis DNA, termasuk DNA mutan. Enzim termostabil, DNA polimerase, digunakan di dalamnya untuk sintesis DNA templat, yang benihnya adalah potongan asam nukleat - oligonukleotida yang disintesis secara artifisial. Enzim reverse transcriptase memungkinkan untuk mensintesis DNA menggunakan primer (primer) tersebut pada matriks RNA yang diisolasi dari sel. DNA yang disintesis dengan cara ini disebut komplementer (RNA) atau cDNA. Gen terisolasi, "murni secara kimiawi" juga dapat diperoleh dari perpustakaan fag. Ini adalah nama persiapan bakteriofag, di mana fragmen acak genom dari genom atau cDNA dimasukkan, direproduksi oleh fag bersama dengan semua DNA-nya.

  Teknik introduksi gen ke dalam bakteri dikembangkan setelah Frederick Griffith menemukan fenomena transformasi bakteri. Fenomena ini didasarkan pada proses seksual primitif, yang pada bakteri disertai dengan pertukaran fragmen kecil DNA non-kromosom, plasmid. Teknologi plasmid membentuk dasar untuk pengenalan gen buatan ke dalam sel bakteri.

  Kesulitan yang signifikan dikaitkan dengan pengenalan gen yang sudah jadi ke dalam peralatan herediter sel tumbuhan dan hewan. Namun, di alam, ada kasus ketika DNA asing (dari virus atau bakteriofag) dimasukkan ke dalam peralatan genetik sel dan, dengan bantuan mekanisme metabolismenya, mulai mensintesis protein "sendiri". Para ilmuwan mempelajari ciri-ciri pengenalan DNA asing dan menggunakannya sebagai prinsip untuk memasukkan materi genetik ke dalam sel. Proses ini disebut transfeksi.

  Jika organisme uniseluler atau kultur sel multiseluler dimodifikasi, maka kloning dimulai pada tahap ini, yaitu pemilihan organisme dan keturunannya (klon) yang telah mengalami modifikasi. Ketika tugas diatur untuk mendapatkan organisme multisel, sel dengan genotipe yang diubah digunakan untuk perbanyakan vegetatif tanaman atau disuntikkan ke dalam blastokista ibu pengganti jika menyangkut hewan. Akibatnya, anak-anak dengan genotipe yang berubah atau tidak berubah lahir, di antaranya hanya yang menunjukkan perubahan yang diharapkan yang dipilih dan disilangkan satu sama lain.

  Aplikasi dalam penelitian ilmiah

  Meskipun dalam skala kecil, rekayasa genetika sudah digunakan untuk memberi kesempatan pada wanita dengan beberapa jenis infertilitas untuk hamil. Untuk melakukan ini, gunakan telur wanita sehat. Akibatnya, anak tersebut mewarisi genotipe dari satu ayah dan dua ibu.

  Namun, kemungkinan membuat perubahan yang lebih signifikan pada genom manusia menghadapi sejumlah masalah etika yang serius. Pada tahun 2016, sekelompok ilmuwan di Amerika Serikat menerima persetujuan untuk uji klinis metode pengobatan kanker menggunakan sel kekebalan pasien sendiri, yang mengalami modifikasi gen menggunakan teknologi CRISPR / Cas9.

  Rekayasa sel

  Rekayasa seluler didasarkan pada penanaman sel dan jaringan tumbuhan dan hewan yang mampu menghasilkan zat yang diperlukan untuk manusia di luar tubuh. Metode ini digunakan untuk perbanyakan klonal (aseksual) dari bentuk tumbuhan yang berharga; untuk mendapatkan sel hibrida yang menggabungkan sifat-sifat, misalnya limfosit darah dan sel tumor, yang memungkinkan Anda mendapatkan antibodi dengan cepat.

  Rekayasa genetika di Rusia

  Tercatat bahwa setelah pengenalan pendaftaran negara transgenik, aktivitas beberapa organisasi publik dan perwakilan individu Duma Negara, yang mencoba mencegah pengenalan bioteknologi inovatif ke dalam pertanian Rusia, telah meningkat secara nyata. Lebih dari 350 ilmuwan Rusia menandatangani surat terbuka dari Perhimpunan Ilmuwan untuk Mendukung Pengembangan Rekayasa Genetika di Federasi Rusia. Surat terbuka mencatat bahwa larangan transgenik di Rusia tidak hanya akan merusak persaingan yang sehat di pasar pertanian, tetapi juga akan menyebabkan kelambatan yang signifikan di bidang teknologi produksi pangan, meningkatkan ketergantungan pada impor pangan, dan merusak prestise Rusia sebagai keadaan di mana kursus untuk pengembangan inovatif telah diumumkan secara resmi [ pentingnya fakta? ] .

  Lihat juga

  Catatan

  1. Alexander Panchin Mengalahkan Dewa // Mekanika Populer . - 2017. - No. 3. - S. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
  2. In vivo genome editing menggunakan a sistem TALEN efisiensi tinggi(Bahasa inggris) . alam. Diakses tanggal 10 Januari 2017.
  3. Elemen - berita sains: monyet sembuh dari kebutaan warna dengan terapi gen (tak terbatas) (18 September 2009). Diakses tanggal 10 Januari 2017.