Historie biogenetiky, co studuje, základní pojmy

806
Charles McCarthy
Historie biogenetiky, co studuje, základní pojmy

The biogenetika jedná se o kombinovaný studijní obor biologie a genetiky. Zahrnuje studium jakéhokoli jevu, který ovlivňuje živé bytosti, analyzovaného z obou hledisek, a způsob, jak přistupovat k uvedenému jevu.

Termín biogenetika byl také použit k definování modifikace živých bytostí z některých „cílových“ organismů. Odvětví znalostí, které se zaměřuje, zahrnuje nebo umožňuje dosáhnout cílů spojených se dvěma předchozími definicemi, je také známé jako genetické inženýrství..

Půdní bakterie Agrobacterium tumefaciens nám umožňuje přenést jakýkoli klonovaný gen na jakoukoli rostlinu, kterou chceme upravit. Jedná se o hlavní způsob zlepšování rostlin pomocí technologie rekombinantní DNA. Tyto kousky listů modifikované bakteriemi umožní regeneraci úplné, normální a vylepšené transgenní rostliny (Zdroj: Seb951 na en.wikipedia / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ ) přes Wikimedia Commons)

Ve světě vědy je však použití slova biogenetika (a) jako adjektiva rozšířenější než biogenetika jako název samostatné vědy. S největší pravděpodobností tím, že chceme použít takové podstatné jméno (biogenetiku), je ve skutečnosti zmínka o genetickém inženýrství.

Naopak biogenetické adjektivum (a) odkazuje spíše na vše, co souvisí biogeneze (biologický původ) nějaké molekuly, struktury, tkáně, orgánu nebo biologické entity.

Genetické inženýrství spojuje soubor metod, strategií, technik a praktických aplikací nezbytných k úmyslné a plánované změně živé bytosti.

Proto se řídí biologickými znalostmi jedince, který je terčem modifikace (ten, který má být modifikován) a vnímanou potřebou takové změny. To znamená, že je to věda věnovaná studiu toho, jak změnit geny a genomy jednotlivců..

Rejstřík článků

  • 1 Historie
  • 2 Co studuje biogenetika? Aplikace
    • 2.1 Modifikace genů
    • 2.2 Zlepšení organismů
    • 2.3 Oprava mutací
  • 3 Základní pojmy v biogenetice
    • 3.1 Molekulární klonování
    • 3.2 Amplifikace PCR
    • 3.3 Sekvenování a úpravy
  • 4 Odkazy

Příběh

Domestikace druhů, výzkumné křížení (jak inicioval Mendel) a zdokonalování rostlin konvenčním křížením nejsou biogenetické, to znamená, že nejde o případy genetického inženýrství. Jeden používá umělý výběr a řízené hnojení, aby něco získal, aniž by věděl, jak nebo proč.

Biogenetika se na druhé straně zrodila, když jsme byli schopni odebrat konkrétní DNA z jednoho organismu, klonovat ji a množit ji a / nebo ji vyjádřit v jiném. Jinými slovy, biogenetika se zrodila díky technologii rekombinantní DNA na počátku sedmdesátých let (1970).

Činnost, která definuje toto odvětví poznání, je aktivita „molekulárního klonování“. Jakmile jsme měli restrikční enzymy (molekulární nůžky) a DNA ligázy (lepidlo), mohli jsme podle potřeby pohodlně stříhat a vložit..

Objev struktury DNA byl jedním z nejdůležitějších objevů 20. století

Takto jsme byli schopni přestavět de novo samostatná molekula DNA (která se může replikovat pouze v jedné buňce), jako je plazmid. Poté jsme byli schopni vystřihnout lidský specifický gen známé funkce a vložit jej do expresního plazmidu..

Jeho zavedením do bakterií jsme byli později schopni produkovat lidské proteiny v bakteriích pro naše použití a spotřebu. Takto jsme například vyrobili rekombinantní lidský inzulín.

V současné době můžeme provádět genetické inženýrství (biogenetiku) nejen bakterií, ale také hub, rostlin a zvířat: jedná se o takzvané „Genetically Modified Organisms“ (GMO).

V rámci této skupiny organismů máme takzvané transgenní, které nejsou ničím jiným než GMO, které byly modifikovány integrací genů z jiných druhů.

Co biogenetika studuje? Aplikace

Genová modifikace

Biogenetika studuje, jak změnit gen nebo genomy organismů zaměřených genetickou manipulací. Na druhé straně může biogenetika přistupovat k jakémukoli biologickému procesu a určit, jak může modifikace organismu vést k vyřešení problému..

Například pomocí technik používaných v biogenetice může výzkumník určit funkci genu nebo skupiny genů. Může také produkovat určitou biomolekulu v jiném organismu nebo dokonce složitou konkrétní biochemickou cestu.

Zlepšení organismu

Prostřednictvím biogenetiky lze organismy zlepšit tak, aby byly schopné odolat útoku patogenů a chorobám, které způsobují.

Živé organismy lze také upravit tak, aby se vyrovnaly se stresem prostředí způsobeným nedostatkem vody, znečištěním půdy atd. Některé rostliny byly biogeneticky vylepšeny, aby byly odolné vůči škůdcům, a některá zvířata také, aby rostly rychleji.

Rekombinantní bakterie mohou produkovat širokou škálu různých sloučenin vhodných mimo jiné v potravinářském a nápojovém, farmaceutickém, veterinárním a rostlinolékařském průmyslu..

Korekce mutací

A konečně, se současnými technikami úpravy genomu máme schopnost korigovat mutace a zabránit tak rozvoji geneticky podmíněných chorob, zvýšit expresi genu a upravit genotypy (a tedy fenotypy) prakticky jakéhokoli organismu..

Základní pojmy v biogenetice

Molekulární klonování

Molekulární klonování je masivní šíření charakteristické oblasti DNA izolované z jejího genomového prostředí. Tento fragment je klonován (vložen) do klonovacího a / nebo expresního vektoru.

K dosažení tohoto cíle se používají restrikční enzymy, které přesně štěpí nukleotidy, a ligázy, které vážou DNA, které chce člověk slepit..

Téměř ve všech případech se základní kroky molekulárního klonování provádějí v bakteriích. U nich se klonovaná DNA množí a produkuje se molekula rekombinantní DNA, která se pak může přenést do dalších složitějších organismů. V biogenetice mohou být viry také použity jako nosiče pro různé účely..

Amplifikace PCR

Důležitým pokrokem v masivní produkci specifických molekul DNA byla implementace amplifikace polymerázovou řetězovou reakcí (PCR). Polymerázová řetězová reakce).

Jedná se o masivní techniku ​​syntézy DNA in vitro. Tady díky použití termálního cyklovače umožňuje malá molekula DNA, řekněme jako 1 500 nukleotidových genů, vyrobit za pouhých pár hodin 235 kopií..

Termální cyklovač: jednoduchý stroj, který umožňuje amplifikaci jakékoli DNA za velmi málo hodin (Zdroj: Samsara, přes Wikimedia Commons)

Termální cyklovač umožňuje automatizované smyčky tří rozhodujících teplot v jakémkoli protokolu amplifikace PCR DNA. Jedná se o:

  • denaturace (otevření DNA)
  • zvonění (splnění cílového genu) a
  • syntéza (polymerace)

Amplifikace DNA pomocí PCR je nepostradatelnou biogenetickou technikou ve všech oblastech moderní biologie a medicíny..

Sekvenování a úpravy

Sekvenování DNA spojuje širokou škálu technik, které nám umožňují s určitou přesností znát pořadí, ve kterém se nukleotidy nacházejí v konkrétní molekule DNA. To nám umožňuje „číst“ informace tak, jak jsou zakódovány v našem genomu..

A konečně, v poslední době byly do praxe zavedeny metody úpravy DNA, které umožňují změnu „biologického textu“ dědičné molekuly..

Tímto způsobem nejsme schopni „přečíst“ DNA sekvenováním genů a genomů, ale můžeme také opravit text nebo jej upravit tak, aby vyprávěl jiný příběh..

To znamená, že prostřednictvím biogenetiky (vhodněji genetického inženýrství) můžeme klonovat geny, zvýšit je amplifikací PCR, číst je sekvenováním a změnit text úpravou..

Reference

  1. Alberts B a kol. (2017) Molecular Biology of the Cell, 6. vydání. Garland Science, New York City. 1464 stran.
  2. Green MR, Sambrook J (2012) Molekulární klonování: Laboratorní příručka, Čtvrté vydání. Sada tří svazků. Cold Spring Harbor, USA. 2028 stran.
  3. Pepper MS (2019) Zvláštní vydání SAMJ věnované buněčné a genové terapii. S Afr Med J. 109 (8b): 12719.
  4. Salsman J, Dellaire G (2017) Precizní úpravy genomu v éře CRISPR. Biochem Cell Biol. 95 (2): 187-201.
  5. Singh RR (2020) Sekvenování nové generace při vysoce citlivé detekci mutací v nádorech: výzvy, pokroky a aplikace. J Mol Diagn. S1525-1578 (20) 30330-5.

Zatím žádné komentáře